区块链中的记账权问题

“找到这个随机常数，使得函数值Bn小于某个数”，应该怎么理解？

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昨天听了中国标准化研究院的高昂老师讲述的《区块链标准化》课程，首先对高老师致以感谢。

课程中对区块链技术进行了讲解，主要从密码学角度阐述了区块链的产生及发展。其中，有个问题不是很理解，当时对PPT截了个图。

大体讲的是，所有节点在“挖矿”时，谁先挖到，即获得记账权力。

那么这里的“找到这个随机常数，使得函数值Bn小于某个数”，应该怎么理解？

于是我搜索了一些资料，接下来梳理一下，区块链中的记账权问题。

首先，讲一下区块的组成。区块是由“区块头”和“区块体”组成，如图。

这个比较简单，区块体中就是记录的交易数据，而区块头通常包含6个部分：

（1）版本号：用于跟踪软件/协议的更新。如果新版本的软件不兼容旧版本的软件，那么就认为是发生了“分叉”。

（2）上一区块头哈希值：区块链中该区块的上一个区块的哈希值，也是区块链设计的精髓所在。

（3）Merkle根：为了在区块中体现出交易而做的一个计算，主要是解决帐本中交易记录哈希计算的效率问题。每当产生一次交易，那么就与其他所有准备打包进区块的交易组成交易列表，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，作为交易列表的摘要存到区块头中。流程可以概括为每相邻的两条交易记录向上形成一个哈希值，再与相邻的节点再往上形成Hash值，一直到树根形成所有交易记录的唯一哈希值，即Merkle根。

（4）时间戳：该区块产生的近似时间。这个时间虽然是节点生成的但是其是否有效需要其他节点的认可（允许有一定程度的误差）。

（5）难度目标：难度Target常数，该区块工作量证明算法的目标值。Target就是一个256-bit的数。通过调整Target值，可以来调整挖矿难度。

（6）Nonce：随即常数，用于工作量证明算法的计数器。

那么这6组数据，是怎么产生和如何变化的呢？如下：

（1）版本号：更新软件后会改变，它会指定一个新的版本号。

（2）上一区块头哈希值：添加一个新的区块后会改变，变为新的上一区块头哈希值。

（3）Merkle根：添加一个新的区块后会改变，Merkle会重新计算生成的。

（4）时间戳：添加一个新的区块后会改变，变为新区块生成的时间。

（5）难度目标：挖矿难度调整时会改变，一般根据历史记录，每两周调整一次。

（6）Nonce：Nonce这个单词在密码学语境下指的是一个只使用一次的数字，因此可以看出，这个随机常数，是每次计算一次哈希值时就会改变一次。

这里多解释一下Nonce，计算Nonce值的过程就是对区块头中的6部分数据不断的计算哈希，直至找到能使区块哈希小于Target的Nonce。

所以，每次计算区块头哈希时就让Nonce值加1。具体Nonce的运算过程就是不断的修改Nonce值，然后对这个区块头重新运算哈希的过程。每得到一个哈希值就去跟Target对比，如果哈希小于或者等于Target，那么运算过程就结束了，当前Nonce值会被最终记录到Header中。否则，就把Nonce值加1，再次计算Header哈希，以此继续。

显然，各个比特币客户端开始了一场寻找Nonce的比赛，谁的硬件速度快，就有更大的概率率先找到Nonce值，也就是宏观意义上抢到的记账权。当然，哈希的运算过程非常随机，所以这场比赛也跟抓彩票一样有很强的运气成分。

因此，在挖矿过程中，只有找到了合适的Nonce，才能挖出新的区块，得到比特币奖励。

对于一个新知识，真的是自己整理出来，才会了解的更深。

最后通俗总结一下：

矿工是干啥的？——挖矿的。

为什么挖矿？——制造一个新的区块。

制造新的区块有什么好处呢?——给比特币奖励，给佣金。

怎么挖呢？——穷举区块头中的Nonce随机常数。

怎么才能挖到呢？——举出一个Nonce后，计算区块头中的哈希值，如果该哈希值小于或等于给定的Target常数，那么就挖矿成功，获得记账权。

怎么生成新的区块呢？——当前Nonce值被最终记录到Header中，区块头正式生成，新的区块产生，获得比特币奖励。

好了，标下划线的这句话，就是这次课程提出的问题，ok，解决了。

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