区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

目录

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工

工作量证明POW

什么是工作量证明?

现在出现了另一个问题:如果其他人偷看了小明的答案并且抢答了怎么办? 

为什么区块可以安全广播?

共识算法

小结


区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工

1. 共识机制惩罚:矿工通过提交多个区块的作弊行为,扣除该矿工的所有抵押币种,存储算力清零且不可恢复。

2.时空证明出错惩罚:如果节点提交的时空证明与对应的周期不符合,将会处以出错罚金。

3.未提交时空证明:在证明周期内节点没有提交时空证明时,那么将会被罚没所有质押物,算力清零。

4.违背合约惩罚:节点未能按照合约要求履行存储服务,将会被要求返还客户的费用,并罚没相应的储存质押。

工作量证明POW

什么是工作量证明?

        比特币的工作量证明需要归结为计算机计算,也就是数学问题。如何构造一个数学问题来实现工作量证明?我们来看一个简单的例子。

        假设某个学校的一个班里,只有一个女生叫小红,其他都是男生。每个男生都想约小红看电影,但是,能实现愿望的只能有一个男生。

        到底选哪个男生呢?本着公平原则,小红需要考察每个男生的诚意,考察的方法是,出一道数学题,比如说解方程,谁第一个解出这个方程,谁就有资格陪小红看电影:

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

        因为解高次方程没有固定的公式,需要进行大量的计算,才能算出正确的结果,这个计算过程就需要一定的工作量。假设小明率先计算出了结果x=2.5,小红可以简单地验证这个结果是否正确:

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

        可以看出,解方程很困难,但是,验证结果却比较简单。所以,一个有效的工作量证明在于:计算过程非常复杂,需要消耗一定的时间,但是,验证过程相对简单,几乎可以瞬间完成。

现在出现了另一个问题:如果其他人偷看了小明的答案并且抢答了怎么办? 

要解决这个问题也很容易,小红可以按照男生的编号,给不同的男生发送不同的方程,方程的第一项的系数就是编号。这样,每个人要解的方程都是不一样的。小明解出的x=2.5对于小军来说是无效的,因为小军的编号是3,用小明的结果验证小军的方程是无法通过验证的。

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

事实上如果某个方程被验证通过了,小红可以直接从方程的第一项系数得知是谁解出的方程。所以,窃取别人的工作量证明的结果是没有用的。

通过工作量证明,可以有效地验证每个人确实都必须花费一定时间做了计算。

在比特币网络中,矿工的挖矿也是一种工作量证明,但是,不能用解多项式方程来实现,因为解多项式方程对人来说很难计算,对计算机来说非常容易,可以在1秒钟以内完成。

要让计算机实现工作量证明,必须找到一种工作量算法,让计算机无法在短时间内算出来。这种算法就是哈希算法。

通过改变区块头部的一nonce字段的值,计算机可以计算出不同的区块哈希值:

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

直到计算出某个特定的哈希值的时候,计算结束。这个哈希和其他的哈希相比,它的特点是前面有好几个0:

hash256(block data, nonce=0) = 291656f37cdcf493c4bb7b926e46fee5c14f9b76aff28f9d00f5cca0e54f376f
hash256(block data, nonce=1) = f7b2c15c4de7f482edee9e8db7287a6c5def1c99354108ef33947f34d891ea8d
hash256(block data, nonce=2) = b6eebc5faa4c44d9f5232631f39ddf4211443d819208da110229b644d2a99e12
hash256(block data, nonce=3) = 00aeaaf01166a93a2217fe01021395b066dd3a81daffcd16626c308c644c5246
hash256(block data, nonce=4) = 26d33671119c9180594a91a2f1f0eb08bdd0b595e3724050acb68703dc99f9b5
hash256(block data, nonce=5) = 4e8a3dcab619a7ce5c68e8f4abdc49f98de1a71e58f0ce9a0d95e024cce7c81a
hash256(block data, nonce=6) = 185f634d50b17eba93b260a911ba6dbe9427b72f74f8248774930c0d8588c193
hash256(block data, nonce=7) = 09b19f3d32e3e5771bddc5f0e1ee3c1bac1ba4a85e7b2cc30833a120e41272ed
...
hash256(block data, nonce=124709132) = 00000000fba7277ef31c8ecd1f3fef071cf993485fe5eab08e4f7647f47be95c

比特币挖矿的工作量证明原理就是,不断尝试计算区块的哈希,直到计算出一个特定的哈希值,它比难度值要小。

比特币使用的SHA-256算法可以看作对随机输入产生随机输出,例如,我们对字符串Hello再加上一个数字计算两次SHA-256,根据数字的不同,得到的哈希是完全无规律的256位随机数:

hash256("Hello?") = ????????????????????????????????????????????????????????????????

大约计算16次,我们可以在得到的哈希中找到首位是0的哈希值,因为首位是0出现的概率是1/16:

hash256("Hello1") = ffb7a43d629d363026b3309586233ab7ffc1054c4f56f43a92f0054870e7ddc9
hash256("Hello2") = e085bf19353eb3bd1021661a17cee97181b0b369d8e16c10ffb7b01287a77173
hash256("Hello3") = c5061965d37b8ed989529bf42eaf8a90c28fa00c3853c7eec586aa8b3922d404
hash256("Hello4") = 42c3104987afc18677179a4a1a984dbfc77e183b414bc6efb00c43b41b213537
hash256("Hello5") = 652dcd7b75d499bcdc61d0c4eda96012e3830557de01426da5b01e214b95cd7a
hash256("Hello6") = 4cc0fbe28abb820085f390d66880ece06297d74d13a6ddbbab3b664582a7a582
hash256("Hello7") = c3eef05b531b56e79ca38e5f46e6c04f21b0078212a1d8c3500aa38366d9786d
hash256("Hello8") = cf17d3f38036206cfce464cdcb44d9ccea3f005b7059cff1322c0dd8bf398830
hash256("Hello9") = 1f22981824c821d4e83246e71f207d0e49ad57755889874d43def42af693a077
hash256("Hello10") = 8a1e475d67cfbcea4bcf72d1eee65f15680515f65294c68b203725a9113fa6bf
hash256("Hello11") = 769987b3833f082e31476db0f645f60635fa774d2b92bf0bab00e0a539a2dede
hash256("Hello12") = c2acd1bb160b1d1e66d769a403e596b174ffab9a39aa7c44d1e670feaa67ab2d
hash256("Hello13") = dab8b9746f1c0bcf5750e0d878fc17940db446638a477070cf8dca8c3643618a
hash256("Hello14") = 51a575773fccbb5278929c08e788c1ce87e5f44ab356b8760776fd816357f6ff
hash256("Hello15") = 0442e1c38b810f5d3c022fc2820b1d7999149460b83dc680abdebc9c7bd65cae

如果我们要找出前两位是0的哈希值,理论上需要计算256次,因为00出现的概率是162\=256,实际计算44次:

hash256("Hello44") = 00e477f95283a544ffac7a8efc7decb887f5c073e0f3b43b3797b5dafabb49b5

如果我们要找出前3位是0的哈希值,理论上需要计算163\=4096次,实际计算6591次:

hash256("Hello6591") = 0008a883dacb7094d6da1a6cefc6e7cbc13635d024ac15152c4eadba7af8d11c

如果我们要找出前4位是0的哈希值,理论上需要计算164\=6万5千多次,实际计算6万7千多次:

hash256("Hello67859") = 00002e4af0b80d706ae749d22247d91d9b1c2e91547d888e5e7a91bcc0982b87

如果我们要找出前5位是0的哈希值,理论上需要计算165\=104万次,实际计算158万次:

hash256("Hello1580969") = 00000ca640d95329f965bde016b866e75a3e29e1971cf55ffd1344cdb457930e
如果我们要找出前6位是0的哈希值,理论上需要计算166\=1677万次,实际计算1558万次:
hash256("Hello15583041") = 0000009becc5cf8c9e6ba81b1968575a1d15a93112d3bd67f4546f6172ef7e76

对于给定难度的SHA-256:假设我们用难度1表示必须算出首位1个0,难度2表示必须算出首位两个0,难度N表示必须算出首位N个0,那么,每增加一个难度,计算量将增加16倍。

对于比特币挖矿来说,就是先给定一个难度值,然后不断变换nonce,计算Block Hash,直到找到一个比给定难度值低的Block Hash,就算成功挖矿。

我们用简化的方法来说明难度,例如,必须计算出连续17个0开头的哈希值,矿工先确定Prev Hash,Merkle Hash,Timestamp,bits,然后,不断变化nonce来计算哈希,直到找出连续17个0开头的哈希值。我们可以大致推算一下,17个十六进制的0相当于计算了1617次,大约需要计算2.9万亿亿次。

17个0 = 1617 = 295147905179352825856 = 2.9万亿亿次

实际的难度是根据bits由一个公式计算出来,比特币协议要求计算出的区块的哈希值比难度值要小,这个区块才算有效:

Difficulty = 402937298
= 0x18 0455d2
= 0x0455d2 * 28 * (0x18 - 3)
= 106299667504289830835845558415962632664710558339861315584
= 0x00000000000000000455d2000000000000000000000000000000000000000000

注意,难度值越小,说明哈希值前面的0越多,计算难度越大。

比特币网络的难度值是不断变化的,它的难度值保证大约每10分钟产生一个区块,而难度值在每2015个区块调整一次:如果区块平均生成时间小于10分钟,说明全网算力增加,难度值也会增加,如果区块平均生成时间大于10分钟,说明全网算力减少,难度值也会减少。因此,难度值随着全网算力的增减会动态调整。

比特币设计时本来打算每2016个区块调整一次难度,也就是两周一次,但是由于第一版代码的一个bug,实际调整周期是2015个区块。

所以比特币的工作量证明被通俗地称之为挖矿。在同一时间,所有矿工都在努力计算下一个区块的哈希。而挖矿难度取决于全网总算力的百分比。举个例子,假设小明拥有全网总算力的百分之一,那么他挖到下一个区块的可能性就是1%,或者说,每挖出100个区块,大约有1个就是小明挖的。

由于目前全网算力超过了100EH/s,而单机CPU算力不过几M,GPU算力也不过1G,所以,单机挖矿的成功率几乎等于0。比特币挖矿已经从早期的CPU、GPU发展到专用的ASIC芯片构建的矿池挖矿。

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

当某个矿工成功找到特定哈希的新区块后,他会立刻向全网广播该区块。其他矿工在收到新区块后,会对新区块进行验证,如果有效,就把它添加到区块链的尾部。同时说明,在本轮工作量证明的竞争中,这个矿工胜出,而其他矿工都失败了。失败的矿工会抛弃自己当前正在计算还没有算完的区块,转而开始计算下一个区块,进行下一轮工作量证明的竞争。

为什么区块可以安全广播?

因为Merkle Hash锁定了该区块的所有交易,而该区块的第一个coinbase交易输出地址是该矿工地址。每个矿工在挖矿时产生的区块数据都是不同的,所以无法窃取别人的工作量。

比特币总量被限制为约2100万个比特币,初始挖矿奖励为每个区块50个比特币,以后每4年减半。

共识算法

如果两个矿工在同一时间各自找到了有效区块,注意,这两个区块是不同的,因为coinbase交易不同,所以Merkle Hash不同,区块哈希也不同。但它们只要符合难度值,就都是有效的。这个时候,网络上的其他矿工应该接收哪个区块并添加到区块链的末尾呢?

答案是,都有可能。

通常,矿工接收先收到的有效区块,由于P2P网络广播的顺序是不确定的,不同的矿工先收到的区块是有可能的不同的。这个时候,我们说区块发生了分叉:

在分叉的情况下,

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

有的矿工在绿色的分叉上继续挖矿,有的矿工在蓝色的分叉上继续挖矿:

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

        但是最终,总有一个分叉首先挖到后续区块,这个时候,由于比特币网络采用最长分叉的共识算法,绿色分叉胜出,蓝色分叉被废弃,整个网络上的所有矿工又会继续在最长的链上继续挖矿。

        由于区块链虽然最终会保持数据一致,但是,一个交易可能被打包到一个后续被孤立的区块中。所以,要确认一个交易被永久记录到区块链中,需要对交易进行确认。如果后续的区块被追加到区块链上,实际上就会对原有的交易进行确认,因为链越长,修改的难度越大。一般来说,经过6个区块确认的交易几乎是不可能被修改的。

区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法,人工智能

小结

比特币挖矿是一种带经济激励的工作量证明机制;

工作量证明保证了修改区块链需要极高的成本,从而使得区块链的不可篡改特性得到保护;

比特币的网络安全实际上就是依靠强大的算力保障的文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-667644.html

到了这里,关于区块链中怎么惩罚虚假信息的矿工,工作量证明POW,共识算法的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 区块链基础知识7-比特币挖矿原理/工作量证明

    在前面《区块链基础知识6-区块链记账原理》我们了解到记账是把交易记录、交易时间、账本序号、上一个Hash值等信息计算Hash打包的过程。 我们知道所有的计算和存贮是需要消耗计算机资源的,既然要付出成本,那节点为什么还要参与记账呢?在中本聪(比特币之父)的设

    2024年04月28日
    浏览(46)
  • 竞赛python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法 该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐! 🧿 更多资料, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash

    2024年02月05日
    浏览(49)
  • 【毕设教程】python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    Hi,大家好,这里是丹成学长,今天向同学们介绍如何构建一个区块链系统作为毕设,区块链的原理 🧿 选题指导, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/project-sharing-1/blob/master/%E6%AF%95%E8%AE%BE%E6%8C%87%E5%AF%BC/README.md 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash(前

    2024年01月21日
    浏览(42)
  • 挑战杯 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法 该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐! 🧿 更多资料, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash

    2024年02月21日
    浏览(56)
  • 竞赛保研 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法 该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐! 🧿 更多资料, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash

    2024年02月04日
    浏览(43)
  • 计算机竞赛python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法 该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐! 🧿 更多资料, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash

    2024年02月05日
    浏览(50)
  • 互联网加竞赛 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法

    🔥 优质竞赛项目系列,今天要分享的是 python区块链实现 - proof of work工作量证明共识算法 该项目较为新颖,适合作为竞赛课题方向,学长非常推荐! 🧿 更多资料, 项目分享: https://gitee.com/dancheng-senior/postgraduate 学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分 previous hash

    2024年02月04日
    浏览(41)
  • SEO外链专员,SEO专员,SEO编辑,每天工作量给他们怎么安排?

    企业想要做好网站排名,想要让网站在搜索引擎中获得更高的曝光度,就需要对网站进行整体优化,而整体优化就包括站内优化,以及站外优化,只有这样才能让网站获得的更多的排名,从而也就能够获得更多的流量和利益。   而想要达到这种效果,企业就必须要拥有

    2024年02月16日
    浏览(62)
  • sass变量+函数,简化代码工作量

    2024年02月08日
    浏览(60)
  • eth入门之工作量证明 (POW)

    文档:工作量证明 (PoW) | ethereum.org 以太坊目前使用的共识协议被称为工作量证明 (PoW)。 这允许以太坊网络的节点就以太坊区块链上记录的所有信息的状态达成共识,并防止经济攻击。 接下来一年,工作量证明将被逐步淘汰,这有利于权益证明 (PoS) 的发展。 向权益证明 (Po

    2024年02月06日
    浏览(44)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包