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第12讲|深入技术（四）：PoW共识

2018-04-20

第12讲|深入技术（四）：PoW共识

朗读人：11′34′′|5.30M

上一篇文章中，我们谈到了其实就是一种分布式系统，它在技术上并没有跳出分布式系统的

理论框架，只是给出了一种不同于计算科学领域的解决方案。今天，我们就来重点聊聊的这

种解决方案：PoW共识机制。

PoW工作量证明

因为比特币采用了PoW共识机制，所以这个概念才得以被广泛。PoW全称ProofofWork，中

文名是工作量证明，PoW共识机制其实是一种设计思路，而不是一种具体的实现。

PoW机制其实早在1997年就被提出了，它早期多被应用在抵抗软件服务的场景中，例如抵抗

邮件（所以PoW在邮件服务系统会有所涉及）。

我们借用百科的一张图来解释一下PoW机制是如何用在这个场景中的。

为了防止消息泛滥，接收者并不直接接受来自任意发送者的消息，所以在一次有效的会话中，

发送者需要计算一个按照规则约定难题的答案，发送给接受者的同时，需要附带验证这个答案，如

果这个答案被验证有效，那么接受者才会接受这个消息。

可以看出PoW的设计思路是提出一个计算难题，但是这个难题答案的验证过程是非常容易

的，这种特性我们称之为计算不对称特性，我们在“浅谈共识机制”中举的24点游戏的例子就

具备了计算不对称特性。

如何理解PoW

上面介绍了一般的PoW是什么，那么上的PoW又是如何设计的呢，我们还是以比特币为例

子来讲一讲，这个部分会有代码演示，如果你在收听音频，可以点击文稿查看。

在分析拜占庭问题的时候可以看出，如果所有节点在同一时刻发起提案，那么这个系统的记账

过程将会非常的复杂，为了降低具有提案权的节点数量，采用工作量证明不失为一个好办法。

所以我们需要构造一个计算不对称的难题，这个难题在比特币中被选定为以SHA256算法计算一个

目标哈希，使得这个哈希值符合前N位全是0。

举个例子，假设我们给定一个字符串“geekbang”，我们难题是，计算一个数字，与给定的字

符串连接起来，使这个字符串的SHA256计算结果的前4位是0，这个数字我们称作nonce，比如

字符串geekbang1234，nonce就是1234，我们要找到符合条件的nonce。

我们以Python代码作为示例。

代码

1

2#!/usr/bin/envpython

3importhashlib

4

5defmain():

6base_string=geekbang

7nonce=10000

8count=0

9whileTrue:

10target_string=base_string+str(nonce)

11pow_hash=hashlib.sha256(target_string).hexdigest()

12count=count+1

13ifpow_hash.startswith(0000):

14printpow_hash

15printnonce:%sscs:%s%(nonce,count)

16break

17nonce=nonce+1

18

19if__name__==__main__: