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为什么挖矿对于加密货币来说很重要

矿工已经完成的工作会累积在最长的区块链中的账本中,从而有助于确保网络的安全。

艾萨克·牛顿最著名的是天文学家和物理学家,他首先制定了运动和引力定律,但他鲜为人知的研究领域包括神秘学和炼金术。当时,炼金术是一个流行的研究领域,涉及试图将铅或铁等常规金属转化为金。但是,与其他能够人工生产的常见金属不同,黄金确实很难模拟。

牛顿在1717年成为英国皇家造币厂的负责人,将冶金学和炼金术的知识带到了货币中,本质上创建了第一个黄金标准,即黄金与白银的固定汇率以及硬币的标准重量,并进行了测试以确定黄金的纯度。

由于不可能对黄金进行逆向工程,因此它提供了重要的标准化货币体系,为社会和经济提供了至关重要的服务。像黄金一样,也可以开采加密货币,但是它需要计算机处理能力和电力,而不是用来保护网络安全的镐和铁锹。

自从比特币于2010年推出以来,它和随后的加密货币因实施工作量证明系统而受到批评,该系统需要大量电力来维护。

尽管采矿一直是公开辩论的主题,但它在保护区块链并允许网络就包括哪些新交易达成协议方面发挥着关键作用。在本文中,我们将探讨采矿为何如此重要。

拜占庭将军的问题

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比特币创建了一个用于点对点电子现金的系统,该系统将由分散的节点网络维护,而无需中央授权或受信任的第三方。为此,它必须为拜占庭将军的问题提出解决方案。

如果我从Chase帐户中将15美元发送到朋友的Chase帐户中,银行将从我的帐户中扣除15美元,然后在其会计分类帐中向她的帐户增加15美元。这是一个非常简单的过程。由于Chase是一家拥有数十亿美元资产的大型银行,因此我相信该银行可以执行基本的加减法操作,并且我的资金是安全的。

在任何人都可以加入的分散式计算机网络上,您不知道可以信任谁。拜占庭将军的问题是一个思想实验,围绕着当网络中的一个或多个参与者可能腐败时如何达成共识。

想象一下,由将军每个人控制一个营的一群将军,正计划集体进攻一个城市。将军们分散在城市的不同山谷中,必须通过快递进行沟通。他们一直遭到沉重的抵抗,必须决定是进攻还是撤退。情况变得更糟:

  • 将军们需要就他们的行动达成一致。如果他们决定进攻,他们还需要花一些时间来进攻。
  • 敌人的部队驻扎在山谷周围,可以捕获在山谷周围发送的信使,并更改发送的消息。
  • 一些将军可能是不诚实的,并与敌人积极合作以破坏其他将军。

如果即使其中一位将军在其他人进攻时都保留了他的部队,那么整个部队都将处于危险之中。问题在于通信依赖于通过快递公司发送的消息。由于信息有被截获的危险,因此关键问题之一是将军之间的通信不可靠。即使所有快递员都穿过山谷,也有可能是其中一位将军与敌人勾结,并发出了欺诈性信息。

换句话说,即使您知道某些要素受到损害,拜占庭将军问题也需要达成共识。拜占庭将军问题是一种思考分布式计算系统可靠性的有用方法,其中某些元素可能会发生故障,并且可能没有关于哪些元素发生故障的明确信息。

在加密货币中,您可以将将军视为代表网络上的节点。由于任何人都可以加入网络,因此无法提前知道节点是否诚实。需要有一种方法,即使这些节点中的某些行为异常,也允许网络上的节点同意该块有效。

工作量证明挖掘可通过共识确保网络安全

比特币通过工作量证明挖掘技术对拜占庭将军的问题提出了巧妙的答案,它可以最终确定交易并保护网络。

为了确保共识,采矿节点或将军需要就相同的操作过程达成一致:是否接受或拒绝新的交易。这里的困难在于,系统的构建方式必须确保不诚实的节点不会影响系统的完整性。工作量证明挖掘通过验证发送到网络的交易并最终在区块链上完成交易来做到这一点—假设51%或更多的哈希能力来自诚实表现的节点。

它以两种主要方式进行操作:

  • 工作量证明问题在计算上难以解决。
  • 一旦解决,该解决方案就可以轻松地被网络上的其他完整节点验证。

问题中的将军就像挖掘网络上的节点一样,这些节点需要同意将哪些新的交易块添加到网络中。就像拜占庭一般问题一样,所有节点都需要就发送到网络的每条消息或交易达成一致。为此,他们依靠工作量证明挖掘。

首先,当将事务广播到节点时,该节点在将其中继到网络上的其他节点之前,先检查该事务是否有效(例如,发送该事务的地址有足够的钱来完成该事务)。在将这些新交易添加到网络之前,矿工需要解决一个困难的工作量证明问题,其中包括在添加新区块之前,新交易的哈希值。

解决此问题的方法是使用任意字符串(即随机数)重复哈希新事务块,直到输出低于网络的当前目标级别为止。找到正确输出的唯一方法是反复尝试一堆不同的组合。调整了网络的难度,因此大约需要10分钟才能添加新的块。以比特币当前的困难,解决网络上的新区块需要260亿个terrahash(1 terrahash = 1万亿哈希)。

一旦发现工作量证明问题并解决了该块,就将该块发送到网络上的其他节点,以确保该块有效,  然后再将其添加到链中。为了解决这个难题,矿工获得了回报。添加到网络中的下一个块包括对网络中前一个块的引用的哈希,这意味着开采的每个块都有助于提高前一个块的安全性。

共识确保网络安全

可以说,就像拜占庭将军的问题一样,这些节点之一已损坏,并且正在通过更改历史交易来积极尝试破坏网络。由于交易所在的区块是经过哈希处理的,因此更改一个交易意味着攻击者需要为该区块计算一个新的工作量证明解决方案。请记住,这意味着要计算大约260亿个terrahash!更糟的是,后续块包含对前一个块的引用。为了说服网络的其余部分跟随他的领导,叛徒还必须解决已添加到网络中的每个后续块,这要比向网络中添加新块的速度快。

成功地做到这一点意味着要控制网络超过51%的哈希能力。如今,发动这种攻击的每小时成本约为326,432美元,这还不包括购买产生如此大量散列能量所需的硬件的成本。

采矿事项

当您进行挖掘时,您将在确保网络安全并确保其继续按预期运行的过程中发挥至关重要的作用,而无需银行或中央第三方的干预。激励矿工在协议中诚实行事,因为这样做对他们有利可图。矿工已经完成的工作会累积在最长的区块链中的账本中,从而有助于确保网络的安全。

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