以太坊難度值調整
A. 011：Ethash演算法|《ETH原理與智能合約開發》筆記
待字閨中開發了一門區塊鏈方面的課程：《深入淺出ETH原理與智能合約開發》，馬良老師講授。此文集記錄我的學習筆記。
課程共8節課。其中，前四課講ETH原理，後四課講智能合約。
第四課分為三部分：
這篇文章是第四課第一部分的學習筆記：Ethash演算法。
在介紹Ethash演算法之前，先講一些背景知識。其實區塊鏈技術主要是解決一個共識的問題，而共識是一個層次很豐富的概念，這里把范疇縮小，只討論區塊鏈中的共識。
什麼是共識？
在區塊鏈中，共識是指哪個節點有記賬權。網路中有多個節點，理論上都有記賬權，首先面臨的問題就是，到底誰來記帳。另一個問題，交易一定是有順序的，即誰在前，前在後。這樣可以解決雙花問題。區塊鏈中的共識機制就是解決這兩個問題，誰記帳和交易的順序。
什麼是工作量證明演算法
為了決定眾多節點中誰來記帳，可以有多種方案。其中，工作量證明就讓節點去算一個哈希值，滿足難度目標值的勝出。這個過程只能通過枚舉計算，誰算的快，誰獲勝的概率大。收益跟節點的工作量有關，這就是工作量證明演算法。
為什麼要引入工作量證明演算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年發表，中本聰首次在比特幣中應用來解決共識問題。
它最初用來解決垃圾郵件問題。
其主要設計思想是通過暴力搜索，找到一種Block頭部組合（通過調整nonce）使得嵌套的SHA256單向散列值輸出小於一個特定的值（Target）。
這個演算法是計算密集型演算法，一開始從CPU挖礦，轉而為GPU，轉而為FPGA，轉而為ASIC，從而使得算力變得非常集中。
算力集中就會帶來一個問題，若有一個礦池的算力達到51%，則它就會有作惡的風險。這是比特幣等使用工作量證明演算法的系統的弊端。而以太坊則吸取了這個教訓，進行了一些改進，誕生了Ethash演算法。
Ethash演算法吸取了比特幣的教訓，專門設計了非常不利用計算的模型，它採用了I/O密集的模型，I/O慢，計算再快也沒用。這樣，對專用集成電路則不是那麼有效。
該演算法對GPU友好。一是考慮如果只支持CPU，擔心易被木馬攻擊；二是現在的顯存都很大。
輕型客戶端的演算法不適於挖礦，易於驗證；快速啟動
演算法中，主要依賴於Keccake256 。
數據源除了傳統的Block頭部，還引入了隨機數陣列DAG（有向非循環圖）（Vitalik提出）
種子值很小。根據種子值生成緩存值，緩存層的初始值為16M，每個世代增加128K。
在緩存層之下是礦工使用的數據值，數據層的初始值是1G，每個世代增加8M。整個數據層的大小是128Bytes的素數倍。
框架主要分為兩個部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto來計算最終的結果。
DAG分為三個層次，種子層，緩存層，數據層。三個層次是逐漸增大的。
種子層很小，依賴上個世代的種子層。
緩存層的第一個數據是根據種子層生成的，後面的根據前面的一個來生成，它是一個串列化的過程。其初始大小是16M，每個世代增加128K。每個元素64位元組。
數據層就是要用到的數據，其初始大小1G，現在約2個G，每個元素128位元組。數據層的元素依賴緩存層的256個元素。
整個流程是內存密集型。
首先是頭部信息和隨機數結合在一起，做一個Keccak運算，獲得初始的單向散列值Mix[0]，128位元組。然後，通過另外一個函數，映射到DAG上，獲取一個值，再與Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循環64次，得到Mix[64]，128位元組。
接下來經過後處理過程，得到 mix final 值，32位元組。（這個值在前面兩個小節《 009：GHOST協議 》、《 010：搭建測試網路 》都出現過）
再經過計算，得出結果。把它和目標值相比較，小於則挖礦成功。
難度值大，目標值小，就越難（前面需要的 0 越多）。
這個過程也是挖礦難，驗證容易。
為防止礦機，mix function函數也有更新過。
難度公式見課件截圖。
根據上一個區塊的難度，來推算下一個。
從公式看出，難度由三部分組成，首先是上一區塊的難度，然後是線性部分，最後是非線性部分。
非線性部分也叫難度炸彈，在過了一個特定的時間節點後，難度是指數上升。如此設計，其背後的目的是，在以太坊的項目周期中，在大都會版本後的下一個版本中，要轉換共識，由POW變為POW、POS混合型的協議。基金會的意思可能是使得挖礦變得沒意思。
難度曲線圖顯示，2017年10月，難度有一個大的下降，獎勵也由5個變為3個。
本節主要介紹了Ethash演算法，不足之處，請批評指正。
B. 以太坊stratum協議原理
參照比特幣的 stratum協議 和 NiceHash的stratum協議規范 編寫了一版以太坊版本的stratum協議說明.
stratum協議是目前最常用的礦機和礦池之間的TCP通訊協議。
以太坊是一個去中心化的網路架構，通過安裝Mist客戶端的節點來轉發新交易和新區塊。而礦機、礦池也同時形成了另一個網路，我們稱之為礦工網路。
礦工網路分成礦機、礦池、錢包等幾個主要部分，有時礦池軟體與錢包安裝在一起，可合稱為礦池。
礦機與礦池軟體之間的通訊協議是 stratum ，而礦池軟體與錢包之間的通訊是 bitcoinrpc 介面。
stratum是 JSON 為數據格式.
礦機啟動，首先以 mining.subscribe 方法向礦池連接，用來訂閱工作。
礦池以 mining.notify 返回訂閱號、ExtraNonce1和ExtraNonce2_size。
Client:
Server:
其中：
是 訂閱號 ；
080c是 extranonce ，Extranonce可能最大3位元組；
礦機以 mining.authorize 方法，用某個帳號和密碼登錄到礦池，密碼可空，礦池返回 true 登錄成功。該方法必須是在初始化連接之後馬上進行，否則礦機得不到礦池任務。
Client:
Server:
難度調整由礦池下發給礦機，以 mining.set_difficulty 方法調整難度， params 中是難度值。
Server:
礦機會在下一個任務時採用新難度，礦池有時會馬上下發一個新任務並且把清理任務設為true，以便礦機馬上以新難度工作。
該命令由礦池定期發給礦機，當礦機以 mining.subscribe 方法登記後，礦池應該馬上以 mining.notify 返回該任務。
Server:
任務ID ： bf0488aa ；
seedhash ： 。每一個任務都發送一個seedhash來支持盡可能多的礦池，這可能會很快地在貨幣之間交換。
headerhash : 。
boolean cleanjobs : true 。如果設為true，那麼礦工需要清理任務隊列，並立即開始從事新提供的任務，因為所有舊的任務分享都將導致陳舊的分享錯誤。如果是 false 則等當前任務結束才開始新任務。
礦工使用seedhash識別DAG，然後帶著headerhash,extranonce和自己的minernonce尋找低於目標的share(這是由提供的難度而產生的)。
礦機找到合法share時，就以」 mining.submit 「方法向礦池提交任務。礦池返回true即提交成功，如果失敗則error中有具體原因。
Client:
任務ID : bf0488aa
minernonce : 6a909d9bbc0f 。注意minernonce是6個位元組，因為提供的extranonce是2個位元組。如果礦池提供3位元組的extranonce，那麼minernonce必須是5位元組
Server:
一般的礦機與礦池通訊過程就如下所示：
C. 世鏈礦業|以太坊個人挖礦一天賺多少收益受到哪方面的影響
以太坊挖礦收益受到多個因素影響，主要取決於以太坊的價格、挖礦設備效率和市場波動。以太坊作為區塊鏈技術的核心，每一筆交易都需要有人來記賬，參與者因此獲得報酬。
目前，以太坊價格穩定在2000美元左右，一台專業設備每日大概能產生124元收入。然而，在計算實際收益時，應扣去電費和機器損耗等成本，這樣每日純收益約為80元。若市場價格上漲，挖礦收入相應增加；反之，收入減少。
以太坊的挖礦過程涉及區塊的產生和難度調節。區塊產生時間約為13秒，挖礦難度與區塊產出相關聯。因此，挖礦設備的利潤與區塊難度成反比。隨著難度增加，設備利潤會相應減少。
在選擇以太坊礦機時，設備性能至關重要。礦工在決策前需綜合考慮，不僅看重收益，還需評估成本承受能力、設備噪音等問題。選擇適合自己的礦機是實現挖礦成功的關鍵。
D. 以太坊怎麼挖礦
與所有區塊鏈技術一樣，以太坊使用基於激勵的安全模型。任何聲稱是網路中的礦工的節點都可以嘗試創建並驗證區塊。世界各地的許多礦工同時創建和驗證區塊。以下是關於以太坊挖礦的詳細說明。
一、以太坊采礦的基本原則
1. 與所有區塊鏈技術一樣，以太坊使用基於激勵的安全模型。任何聲稱是網路中的礦工的節點都可以嘗試創建並驗證區塊。世界各地的許多礦工同時創建和驗證區塊。每個礦工通過向區塊鏈發送塊來提供數學機制的「證據」。此測試類似於保證：如果此測試存在，則此塊必須有效。
二、以太坊和比特幣的區別
1. 相同點：比特幣和以太坊都是成功的區塊鏈技術應用。人們通過比特幣認識區塊鏈技術。通過以太坊，人們意識到區塊鏈可以是獨立的。所有這些都基於區塊鏈，其中交易是公開記錄的，貨幣和資產交易更方便和讓步，並且消除了繁瑣的中間人。
2. 差異：比特幣是一種分散的點對點數字支付系統，類似於全球清算銀行。而且這家銀行不是一個集中式組織的成員，它沒有CEO，它沒有管理員，只有代碼的基本原則和共識。從同行轉移價值，沒有其他第三方或信託機構。比特幣總量為2100W。對於每生成21W的塊做老，塊生成的比特幣數量減少一半，每10分鍾生成一個塊。一般而言，它是一種通貨緊縮的電子貨幣。
三、智能合約和協議
1. 智能合約首先是合同，它以代碼的形式規定交易執行的雙方，並規定了執行合同的某些激活條件。一旦這些條件被激活，商定的交易就會自動執行，通常是一些交易。這些交易將由礦工挖掘出來，並最終合並到公共鏈中，這是不可否認的，不可逆轉。
2. 以太坊中的智能合約基本上是互聯網上的開源。任何用戶都可以看到相關介面的定義和激活時間。如果沒有統一的標准，許多智能合約將使每個人都難以理解，這份智能合約究竟做了什麼？此時，ERC20協議已啟動。
3. 開發人員可以通過查看其他智能合約然後調用自己的合同輕鬆了解相關界面的角色。標准化是非常有益的，這意味著這些資產可以在不同的平台和項目中使用，否則它們只能在特定情況下使用。
四、為什麼以太坊可以用來發送硬幣
因為智能合同的存在的，合同可以被用來安排貨幣集資最後存入帳戶的用戶，並且因為0x7D0使用相同的標准ERC20如直接交換0x7D0和FAD支持以太坊生態系統這將更容易。
五、以太坊交易限制
1. 對於每筆交易，交易的發起人必須設定交易的Gas限價和Gas價格。不同的操作將產生不同的Gas，Gas成本當礦工完成後，礦工將停止運行並且用過的Gas將被獎勵給礦工。
2. 如果某些氣體仍然存在，如果用戶聲明限制值太磨物低或者中間的帳號Eth不足以支付Gas消耗，它將返回到交易的發起人或智能合約的創建者，由於Gas不足，協議將被取消，用於計算的Gas將不會退回賬戶。
六、網路計算能力
網路計算能力為以太坊全網路中所有當前挖礦機器的總計算能力，當前挖礦集群是根據該值計算的當前塊的難度。
七、以太坊提取難度
塊的難度用於提高塊驗證區的一致性。Genesis塊的難度是131,072，並且有一個特殊的公式用於計算之後每個塊的難度。如果檢查塊比前一個塊更快，則以太坊協議將增加塊的難度。通過調整塊的難度，您可以調整驗證區塊所需的時間，即突發速度。檢查時間的自我調整以繼續以恆定速率生成新快。
八、單張卡的計算能力與挖礦收入之間的關系
單張卡的計算能力越大，可以進行的檢查越多，獲得公式結果的概率越大，情況越大，如果使用礦機組，所提供的股份數量越大，挖礦業的收入就越大。
E. 區塊鏈投票怎麼處理的
莫斯科市採用以太坊區塊鏈技術進行投票的目的？北京時間2月24日，莫斯科市將推出一個基於以太坊的投票系統，這個系統的名字叫「主動市民」。把投票放入區塊鏈中，只要密碼夠安全，結果就不會產生爭議。
這是投票系統的主要宗旨之一，但是近十年來，虛擬貨幣社區一直為以往系統的不可靠性爭論不休。從筆者聽說以太坊和智能協議那一刻，筆者率先想到的應用方法就是投票。
投票需要放到區塊鏈上。
我們目前的社會中沒有什麼比徹底消除選舉中的腐敗行為更重要。盡管筆者認為選舉完全是浪費時間，但現實是相當大部分的權力是通過民主授權投票分配和實現的。
因此，可能被黑客入侵的投票系統應運而生了。在寫出這些話的時候，筆者幾乎可以想像到美國民主黨看到後發出的尖叫聲。他們知道，如果沒有填塞選票、選民接送、非法移民投票多次等作弊手段他們無法贏得全國或者州選舉。
主動投票被視為基於資料庫的系統已經有一段時間了。對於基於以太坊的系統，莫斯科將開始允許讓一小部分居民投票決定諸如新地鐵列車的名字、新運動場地座椅顏色等一系列議案。但是為了緩解人們的「是否要信任該市的投票計數系統」擔憂，這一計劃架構中還被加入了私人版的以太坊塊鏈。
該市首席信息辦公室策略和創新顧問安德雷·貝羅澤拉夫表示：「當然，有時候我們聽說並非所有投票都值得信任。因此，我們決定利用主動市民項目的塊鏈作為建立電子化信任的平台。」
基於以太坊的系統將允許人們檢查公開源的結果，自去年12月發布以來，該結果已經被超過100名節點操作員下載。
有關人士還擔心一段合理時間內該系統是否能夠容納和清算足夠多的交易。因此，最好的做法是針對一些微不足道的問題進行選舉從而對該系統展開測試。
但是，毫無疑問，訊息很清晰了。俄羅斯正朝著一個透明的、民主的體制發展。對這些小問題進行選舉只是為了將來在更大范圍內採用該技術而進行的測試。
第一個真正的里程碑應該是一場地方選舉，而最終目標則是全國性選舉。
在西方國家民眾對政府機關的信任度正以驚人的速度下滑之際，普京領導下的俄羅斯政府正採取措施試圖加強民眾對其系統的信任。
俄羅斯的民主制度已經歷史悠久，但是蘇聯解體遺留的腐敗餘毒以及之後葉利欽執政時代遭到西方世界的掠奪仍是一個大問題。
俄羅斯推出這一系統恰逢「美國特別檢察官穆勒以干涉2016年美國總統大選的理由對13個俄羅斯人和3個俄羅斯實體機構正式提起訴訟，引起全球轟動」的時候。對於反民主勢力而言，這一事件令穆勒看起來更像可利用的傻瓜。
在華盛頓的大佬們仍不滿和抱怨這個自己不喜歡的選舉結果的時候，俄羅斯正展開行動，確保約瑟夫·斯大林最經常被人引用的格言之一——「投票的人決定不了什麼，計票的人決定了一切」不適用於俄羅斯。
深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。
要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識演算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。
區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出於對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網路中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法，在節點之間建立「信任」網路，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。
目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。
工作量證明機制即對於工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制並不適合商業應用。
2012年，化名SunnyKing的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。
股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。
股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。
股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴，而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。
Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。
Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等
這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。
工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性：工作對於請求方是適中中的，對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。
下圖所示的為工作量證明流程。
舉個例子，給個一個基本的字元創「hello，world！」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更後（添加nonce）的字元創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以「0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。
通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。
下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。
由於哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。
統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：
對於比特幣網路中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。
比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。
難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。
難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鍾產生一個取款，則期望時長為20160分鍾）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鍾快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：
新難度值=舊難度值*（20160分鍾/過去2016個區塊花費時長）。
工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：
目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恆定值
目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。
我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）並將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。
可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：
該過程可以用下圖表示：
比特幣的工作量證明，就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。
2021年微博電視劇投票有專家嗎是真的嗎
微博KINGQUEEN投票疑似數據作假，微博之夜官博公告將對兩榜去水。評論里都是粉絲宣稱對方注水，迪麗熱巴和楊紫的粉絲battle尤為激烈。
每年到這個時候，投票作假沾滿整個微博熱搜，現在的投票數據是注水了嗎？
難道就沒有更好的辦法解決這個問題了嗎？答案肯定是有的，前幾天發布過類似文章，我覺得國內也可以採用這個區塊鏈投票機制。
大家可以試圖去看看starplay，StarPlay具有改革投票舞弊行為的潛力
1、提高投票過程的透明度
區塊鏈投票的最大優點是讓透明度增加。現在，一旦你投完票，接下來會發生什麼就都與你無關了。即使你相信投票工作人員會准確地計算票數，你也沒有辦法確保你的選票算數。
而在區塊鏈上，你可以跟蹤你的投票並看到它最終出現在正確的位置。即使它不會將你的信息與之相關聯，你的投票也會存在於區塊鏈中，所有歷史情況都不會變。
2.每天實時投票
區塊鏈使投票透明，可以實時跟蹤和統計選票。因為它們是數字化的，那麼投票基礎設施的投入就會減少，任何時候都可以查看投票結果，無滯後性。
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區塊鏈常見的三大共識機制區塊鏈是建立在P2P網路，由節點參與的分布式賬本系統，最大的特點是「去中心化」。也就是說在區塊鏈系統中，用戶與用戶之間、用戶與機構之間、機構與機構之間，無需建立彼此之間的信任，只需依靠區塊鏈協議系統就能實現交易。
可是，要如何保證賬本的准確性，權威性，以及可靠性？區塊鏈網路上的節點為什麼要參與記賬？節點如果造假怎麼辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節點間的數據一致性？……這些都是區塊鏈在建立「去中心化」交易時需要解決的問題，由此產生了共識機制。
所謂「共識機制」，就是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；當出現意見不一致時，在沒有中心控制的情況下，若干個節點參與決策達成共識，即在互相沒有信任基礎的個體之間如何建立信任關系。
區塊鏈技術正是運用一套基於共識的數學演算法，在機器之間建立「信任」網路，從而通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造。
不同的區塊鏈種類需要不同的共識演算法來確保區塊鏈上最後的區塊能夠在任何時候都反應出全網的狀態。
目前為止，區塊鏈共識機制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權證明、DPOS授權股權證明、Paxos、PBFT（實用拜占庭容錯演算法）、dBFT、DAG（有向無環圖）
接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應用場景
概念：
工作量證明機制（Proofofwork），最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作，通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量。
工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出，並通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。
應用：
POW最著名的應用當屬比特幣。在比特幣網路中，在Block的生成過程中，礦工需要解決復雜的密碼數學難題，尋找到一個符合要求的BlockHash由N個前導零構成，零的個數取決於網路的難度值。這期間需要經過大量嘗試計算（工作量），計算時間取決於機器的哈希運算速度。
而尋找合理hash是一個概率事件，當節點擁有佔全網n%的算力時，該節點即有n/100的概率找到BlockHash。在節點成功找到滿足的Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網路的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證。
如果驗證通過，則表明已經有節點成功解迷，自己就不再競爭當前區塊，而是選擇接受這個區塊，記錄到自己的賬本中，然後進行下一個區塊的競爭猜謎。網路中只有最快解謎的區塊，才會添加的賬本中，其他的節點進行復制，以此保證了整個賬本的唯一性。
假如節點有任何的作弊行為，都會導致網路的節點驗證不通過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自願的遵守比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。
優缺點
優點：結果能被快速驗證，系統承擔的節點量大，作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。
缺點：需要消耗大量的演算法，達成共識的周期較長
概念：
權益證明機制（ProofofStake），要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權。
權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。
應用：
2012年，化名SunnyKing的網友推出了Peercoin（點點幣），是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。PPC最大創新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全。
為了實現POS，SunnyKing借鑒於中本聰的Coinbase，專門設計了一種特殊類型交易，叫Coinstake。
上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時間段，假如你擁有10個幣，並且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣，幣齡被消耗（銷毀）了。
優缺點：
優點：縮短達成共識所需的時間，比工作量證明更加節約能源。
缺點：本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算，轉賬真實性較難保證
概念：
授權股權證明機制（DelegatedProofofStake），與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。
授權股權證明在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。
同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。
應用：
比特股（Bitshare）是一類採用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念，見證人可以生成區塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。
見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然後隨機排列，每個見證人按序有2秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。
DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達成共識，他們投票選出的N個見證人，可以視為N個礦池，而這N個礦池彼此的權利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人（礦池），只要他們提供的算力不穩定，計算機宕機，或者試圖利用手中的權力作惡。
優缺點：
優點：縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證
缺點：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時節點代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時整個共識機制還是依賴於代幣的增發來維持代理節點的穩定性。
F. eth挖礦是什麼原理
凡是涉及到幣，就一定離不開挖礦。以太坊網路中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實現。說到挖礦，就一定離不開共識機制。
不知道大家還記得比特幣的共識機制是什麼嗎？比特幣的共識機制是 PoW (這是英文 Proof of Work 的縮寫，意思是「工作量證明機制」）。簡單來說，就是多勞多得，你付出的計算工作越高，那麼你就越有可能第一個找到正確的哈希值，就越有可能得到比特幣獎勵。
但是，比特幣的PoW存在著一定的缺陷，就是它處理交易的速度太慢，礦工們需要不斷地通過計算來碰撞哈希值，這是勞民傷財且效率低下的。對區塊鏈知識有涉獵的朋友們應該看到這樣一種說法：
以太坊為了彌補比特幣的不足，提出了新的共識機制，名叫 PoS(這是英文的縮寫，意思是「權益證明」，也有翻譯成「股權證明」的）。
PoS 簡單來講，其實就跟它的字面意思一樣：權益嘛，股權嘛，你持有的幣越多相當於你的股權越多，你的權益越高。
以太坊的PoS就是說：你持幣越多，你持有幣的時間越久，你的計算難度就會降低，挖礦會容易一些。
在以太坊最初的設定中，以太坊希望能夠通過階段性的升級，在前期依舊採用PoW來構建一個相對穩定的系統，之後逐漸採用 PoW+PoS，最後完全過渡到 PoS。所以，說以太坊的共識機制是PoS，沒錯，但是PoS只是以太坊發布之初的一個計劃或者說目標，目前以太坊還沒有過渡到 PoS，以太坊採用的共識機制仍是 PoW，就是比特幣那個 PoW，但是又和比特幣的PoW稍稍不同。
這里的信息量有點大，
第一個信息點是：以太坊目前採用的共識機制也是PoW，但是和比特幣的PoW稍稍不同。那麼，和比特幣的PoW到底有什麼不同呢：簡單來說，就是以太坊挖礦難度可以調節，比特幣挖礦難度不能調節。就好比咱們高考，因為各個省份的教學情況、生源人數都不一樣，所以高考分為全國卷和各省自主命題。
以太坊說我贊成這樣分地區出題，比特幣說：不行，必須全國同一卷，大家難度都一樣！
通俗解釋，就是，比特幣是利用計算機算力做大量的哈希碰撞，列舉出各種可能性，來找到一個正確哈希值。而以太坊系統呢，它有一個特殊的公式用來計算之後的每個塊的難度。如果某個區塊比前一個區塊驗證的更快，以太坊協議就會增加區塊的難度。通過調整區塊難度，就可以調整驗證區塊所需的時間。
以太坊協議規定，難度的動態調整方式是使全網創建新區塊的時間間隔為 15 秒，網路用 15 秒時間創建區塊鏈，這樣一來，因為時間太快，系統的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時間發動51%（也就是半數以上）的算力去修改歷史數據。
第二個信息點是：以太坊最初的設定中，希望通過階段性升級來最終實現由 PoW 向
PoS過渡的。
時間追溯到 2014 年，在以太坊發布之初，團隊宣布將項目的發布分為四個階段，即 Froniter（前沿）、Homestead（家園）、Metropolis（大都會）和 Serenity（寧靜）。前三個階段共識機制採用 PoW（工作量證明機制），第四個階段切換到 PoS（權益證明機制）。
2015年7月30號，以太坊第一個階段「前沿」正式發布，這個階段只適用於開發者使用，開發人員可於在以太坊網路上編寫智能合約和去中心化應用程序 DAPP，礦工開始進入以太坊網路維護網路安全並挖礦得到以太幣。前沿版本類似於測試版，證明以太坊網路到底是不是可靠的。
2016年3月14日，以太坊進入到第二個階段「家園」，這一階段，以太坊提供了錢包功能，讓普通用戶也可以方便體驗和使用以太坊。其他方面沒有什麼明顯的技術提升，只是表明以太坊網路已經可以平穩運行。
2017 年 9 月，以太坊已經進行到第三個階段「大都會」。「大都會」由拜占庭和君士坦丁堡兩次升級組成，這個階段的的目標是希望能夠引入 PoW 和 PoS 的混合鏈模式，為 PoW向PoS的順滑過渡做准備。最近比較熱門的「以太坊君士坦丁堡升級」升級的就是這個，在君士坦丁堡升級中呢，以太坊將對底層協議和演算法做一些改變，來為實現 PoW 和
PoS奠定良好的基礎。
以太坊挖礦會得到對多少獎勵呢？贏得區塊創建競爭成功的礦工會得到這么幾項收入：
1、 靜態獎勵，5個以太坊；
2、 區塊內所花費的燃料成本，也就是Gas，這部分我們上一期內容講過;
3、 作為區塊組成部分，包含「叔區塊」的額外獎勵，叔就是叔叔的叔，每個叔區塊可以得到挖礦報酬的1/32作為獎勵，也就是5乘以1/32，等於0.15625 個以太坊。這里我們簡單解釋一下「叔區塊」，「叔區塊」這個概念是以太坊提出來的，為什麼要引進叔塊的概念？這還要從比特幣說起。在比特幣協議中，最長的鏈被認為是絕對的正確。如果一個塊不是最長鏈的一部分，那麼它被稱為是「孤塊」。一個孤立的塊是一個塊，它也是合法的，但是可能發現的稍晚，或者是網路傳輸稍慢，而沒有能成為最長的鏈的一部分。在比特幣中，孤塊沒有意義，隨後將被拋棄掉，發現這個孤塊的礦工也拿不到采礦相關的獎勵。
但是，以太坊不認為孤塊是沒有價值的，以太坊系統也會給與發現孤塊的礦工回報。在以太坊中，孤塊被稱為「叔塊」(uncle block)，它們可以為主鏈的安全作出貢獻。 以太坊十幾秒的出塊間隔太快了，會降低安全性，通過鼓勵引用叔塊，使引用主鏈獲得更多的安全保證(因為孤塊本身也是合法的) ，而且，支付報酬給叔塊，還能激發礦工積極挖礦，積極引用叔塊，所以，以太坊認為，它是有價值的。
G. ETH挖礦一天大概收益多少去年以太坊挖礦難度與今時對比
以太坊挖礦的收益受到多種因素影響，包括礦機成本、電價成本以及運營維護等。首先，礦機成本是一次性的投入，一台合格的礦機可工作3-5年，即使在算力穩定時也能提供相對穩定的收益。電價則是一項長期成本，選擇電力成本低廉的地方至關重要。其他成本如場地和人力也需考慮在內，包括設備維護費用。
挖礦的收益主要來禪輪自新區塊獎勵和手續費，早期主要依賴新區塊，隨著比特幣機制調整，手續費佔比逐漸增加。盡管存在算力暴漲帶來的挖礦難度增加風險，但市場競爭下，這種風蘆凱險是可接受的。幣價下跌是另一大風險，當電費超過收益時可能導致虧損，但目前幣價較高，除非特殊情況，虧損風險相對較小，比如政策干預。
系統風險如幣類分叉也可能影響收益，但有時分叉反而為礦工創造了新的機會，競爭幣通過增加區塊獎勵和手續費來吸引礦工，實際上增加了挖礦的潛在收益。因此，雖然以太坊挖礦收益存在波動，但合理的成本控制和市場策略能幫陪襲喚助礦工在一定程度上抵禦風險。