为什么要挖矿？_区块链315

为什么要Mining？

交易（transaction）确认后的资讯以Merkle tree 来做纪录，所以就要有Block 来储存这个Merkle tree。这个时候就需要有新的区块。

为什么要挖矿？

在Bitcoin 的生态中，mining（挖矿）的主要目的就是「产生新的区块」，当区块产生时，就会产生另一个「副作用」：新Bitcoin 被产生出来。

简单说，产生新的Bitcoin 并不是挖矿的主要目的，这只是挖矿的副作用。挖矿的主要目的，是生产区块来确认并纪录新的交易资讯。本章的目标，在学习挖矿的基本知识，内容以简单易懂为原则，并不是介绍如何重新实作Bitcoin 的挖矿技术。但教学内容会以Bitcoin 做为实例，辅助说明mining 技术。

Difficulty

众所皆知，Bitcoin 的挖矿难度是非常高的。这个意思是：产生新的Block 是一件非常困难的事情。Bitcoin 将挖矿设计的非常困难，其实是有一个很重要的原因：避免有人任意产生区块。

要产生新的区块，就会有所谓的difficulty（难度），这个difficulty 的作用是什么呢？主要目的是：决定新的hash 值产生条件。

要产生新的区块前，必须先计算出这个区块的Block Hash，区块的hash 值如何决定呢？这点后续再谈。因为，这里有一个更重要的问题：如何决定这个hash 值是否可用？

例如，根据新的交易与其它资讯，运算出一个double SHA-256 的hash 值如下：

18AC3E7343F016890C510E93F935261169D9E3F565436429830FAF0934F4F8E4

新的区块是否就能直接使用这个hash 值呢？如果可以，表示新的hash 值已成功（success）建立，如果不行，表示新的hash 值产生失败。系统必须不断进行运算，「直到成功得到新的hash 值」。

不如用一个简单的方法，来「定义什么是success」：当产生的hash 值前面「有足够的零」时，就是success。例如，「前面至少要有2 个零」，上述的hash 值就是失败的运算。以下的这个hash 值，则是success：

0018AC3E7343F016890C510E93F935261169D9E3F565436429830FAF0934F4F8

这个条件就是difficulty 会储存在最后一个区块上，所以修改22.1 节的范例，加入difficulty 栏位，并且在Genesis Block 里，设定最原始的difficulty 为「前面至少有2 个零」。

function Block(block) {
    this.hash = block.hash || '';
    this.previousHash = block.previousHash || '';
    this.timestamp = block.timestamp || new Date();
    this.merkleRoot = block.merkleRoot || {};
    this.difficulty = block.difficulty || '00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF';
}

以JavaScript 来实作时，只要以字串比对方式，就可以知道hash 值是否为success 了。例如：

if ('CD18AC3E7343F016890C510E93F935261169D9E3F565436429830FAF0934F4' <'00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF') {
    // success
} else {
    // failed
}

越来越难

新的区块产生后，会「重新调整」这个difficulty。例如，将difficulty 调整为「前面至少有3 个零」，这时，可以将新区块的difficulty 栏位设定为：

000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

Difficulty 的条件设定，由每一个区块链系统的设计者所制定。但是有一个基本原则就是：难度必须越来越高，以上述例子来说，要产生「前面3 个零」的hash 值，其难度大于「前面2 个零」的hash 值。

小结

认识为什么要mining 以及什么是difficulty 后，就可以开始设计mining 的算法了。

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