文档介绍：揭秘比特币和区块链二
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揭秘比特币和区块链(二)
作者:火币区块链研究中心
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工作量证明(Proof Of Work,简称POW),简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等,也是通过检验结果的方式(通过相关的考试)所取得的证明。
工作量证明系统(或者说协议、函数),是一种应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它要求发起者进行一定量的运算,也就意味着需要消耗计算机一定的时间。这个概念由Cynthia Dwork 和Moni Naor 1993年在学术论文中首次提出。而工作量证明(POW)这个名词,则是在1999年 Markus Jakobsson 和Ari Juels的文章中才被真正提出。
哈希现金是一种工作量证明机制,它是亚当·贝克(Adam Back)在1997年发明的,用于抵抗邮件的拒绝服务攻击及垃圾邮件网关滥用。在比特币之前,哈希现金被用于垃圾邮件的过滤,也被微软用于hotmail/exchange/outlook等产品中(微软使用一种与哈希现金不兼容的格式并将之命名为电子邮戳)。
哈希现金也被哈尔·芬尼以可重复使用的工作量证明(RPOW)的形式用于一种比特币之前的加密货币实验中。另外,戴伟的B-money、尼克·萨博的比特金(Bit-Gold)这些比特币的先行者,都是在哈希现金的框架下进行挖矿的。

哈希函数(Hash Function),也称为散列函数,给定一个输入x,它会算出相应的输出H(x)。哈希函数的主要特征是:
1)
2)
3)
O(n))
而对于比特币这种加密系统所使用的哈希函数,它需要另外具备以下的性质:
1) 免碰撞,即不会出现输入x≠y,但是H(x)=H(y)其实这个特点在理论上并不成立,比如,比特币使用的SHA256算法,会有2^256种输出,如果我们进行2^256+1次输入,那么必然会产生一次碰撞;甚至从概率的角度看,进行2^130次输入就会有99%的可能发生一次碰撞。不过我们可以计算一下,假设一台计算机以每秒10000次的速度进行哈希运算,要经过10^27年才能完成2^128次哈希!甚至可以这么说,即便是人类制造的所有计算机自宇宙诞生开始一直运算到今天,发现碰撞的几率也是极其小的。
2)
3) 隐匿性,也就是说,对于一个给定的输出结果H(x),想要逆推出输入x,在计算上是不存在比穷举更好的方法,可以使哈希结果H(x)落在特定的范围。不可能的。
以上特点是比特币的工作量证明系统可以正常运行的基石。

工作量证明系统主要特征是客户端需要做一定难度的工作得出一个结果,验证方却很容易通过结果来检查出客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性:工作对于请求方是输入x可以是任意长度的字符串输出结果即H(x)的长度是固定的计算H(x)的过程是高效的(对于长度为n的字符串x,计算出H(x)的时间复杂度应为
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适中的,对于验证方则是