随机数是区块链和比特币等加密货币的工作量证明(PoW)挖掘算法的核心部分。矿工互相竞争 查找一个随机数,该随机数产生的哈希值小于或等于网络难度设置的值. 如果矿工发现这样的随机数,称为 金色随机数, 然后他们赢得将那个区块添加到区块链并获得区块奖励的权利.

随机数是一个随机的一次性整数。矿工每秒测试并丢弃数百万个随机数。他们希望产生一个满足目标的哈希值,从而赢得区块奖励。这是在最基本的PoW挖掘过程中发生的事情,尽管还有很多事情要做。在这里,我们将探索整个采矿过程中随机数的全部目的.

随机数的构建基块

随机数是一个32位数字。它与其他关键数据(例如难度目标和时间戳)一起留在块标题中。当矿工建造区块时,他们会随机选择一个随机数并将其输入到区块头中,从而创建一个新的区块头哈希.

散列是一个256位数字,必须以大量的零开始,即,其值非常小。如果没有足够的零,则矿工将丢弃该哈希并尝试新的随机数。重复此过程,直到矿工发现随机数产生的哈希值小于或等于难度设置的值为止.

区块结构

随机数的32位大小意味着有40亿种可能的组合。尽管从技术上讲,由于称为 额外的随机数. 这是更长的随机数的额外空间,这意味着您可以拥有数百亿个组合.

随机数是矿工更改的唯一参数,所有其他参数保持不变。如果矿工发现了黄金随机数,他们便将该区块添加到区块链中并获得区块奖励。当前,没有任何方法可以加快找到正确随机数的过程。这意味着矿工们只是反复试验,直到找到一个金色的随机数。这个过程就是 工作, 在工作证明中.

与采矿难度的关系

正如我们已经说过的,矿工试图找到一个随机数,该随机数产生的哈希值低于网络难度设置的值。比特币协议设置了这种挖掘难度。随着难度的增加,哈希的目标值也会降低。这意味着散列号的开头必须有更多的零。发现较低哈希值的可能性降低,因此矿工必须测试更多随机数。当矿工对一个区块进行哈希处理时,哈希值必须等于或小于目标数才能成功.

开采比特币时,难度每2016个区块调整一次。结果是每两周一次。但是,其他PoW区块链的调整速度更快。例如,莱特币(Litecoin),由于封锁时间较短,因此每三天半调整一次难度。另一方面,Digibyte会实时调整每个块的难度.

为什么调整很重要

如果难度没有调整,则散列能力和区块奖励之间将存在线性关系。随着越来越多的矿工加入网络,哈希能力增强,比特币奖励也会相应增加。这将破坏比特币协议的通货膨胀控制,以及其合理的货币属性.

幸运的是,通过调整难度,可以每两周将块奖励保持相对稳定。难度也可以降低。如果采矿利润率消失,那么矿工将停止运营,哈希率将下降。然后难度将适当降低。自从 难度达到顶峰 在10月4日.

在比特币上,每隔2016个区块,比特币客户端将比较要生成的每个区块的实时与目标时间。然后它将适当地调整难度。目的是让矿工生产尽可能近十分钟的矿块.

通过安全哈希算法进行保护

SHA-256算法的弹性可防止矿工加速和欺骗试错过程。 SHA-256属于SHA-2安全哈希算法家族,由NSA在2001年发布。如果此算法被破坏(如SHA-1类密码哈希算法一样),则PoW进程将受到破坏。.

有几种打破哈希算法的方法。通过这种方式,我们意味着能够绕过试错法并更快地找到正确的随机数。. 碰撞攻击 是最新,最有效的方法.

安全哈希算法的全部目的是确保哈希的唯一性。对数据进行散列时,输入应创建一个完全唯一的散列号。可以复制相同数字的唯一方法是使用完全相同的输入(包括随机数)。但是,碰撞攻击意味着可以从不同的输入产生相同的哈希。恶意行为者可以利用足够的计算资源来执行此操作。这完全破坏了安全哈希算法的目的.

散列函数

既然已经证明了碰撞攻击对SHA-1算法是有效的,那么就不再可以依靠它们了。这次攻击之所以成为可能,部分原因在于过去十年来计算机技术的巨大进步.

在某些时候,当计算能力足够提高时,SHA-256也将容易受到此类攻击。但是,比特币开发人员应该早就知道这一点。这是因为从理论上讲,在实际被证明可以在现实生活中起作用之前,几乎总是会证明这种攻击是可能的。然后,比特币核心团队应着眼于更新,更强硬的算法.

还值得注意的是,Internet上的大多数身份验证协议当前都使用SHA-2算法。如果他们确实在一夜之间变得脆弱,那么我们将面临的重大全球性问题将远远超出比特币的开采.

工作证明的价值

矿工正在使用其硬件以每秒数百万的速度测试这些随机数。无法快速找到随机数这一事实使PoW保持了开放,公平的系统.

该系统的优势在于,它需要大量的精力,时间和资金来解决正确的价值并赢得回报。但是,与此同时,其他节点非常容易验证正确的值。这种二分法可确保网络安全,并提供达成共识的简单方法.

最终,随机数只是比特币挖掘过程的一小部分。但是,它在维护其完整性方面起着至关重要的作用。随机数是矿工更改以查找足够的哈希值的唯一的一件事。实际上是整个设置的油门,制动器和离合器.

Mike Owergreen Administrator
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