揭秘比特币区块是如何诞生的

0 前言

比特币诞生之时，正式诞生了一种新的工种，那就是“矿工”。 矿工做的其实就是打包块，获得打包块权的过程就是挖矿。 本期我们就来探究一个新区块从诞生到结束的整个挖矿过程。

1 挖矿简介

挖矿是获得新比特币的唯一途径，其工作原理与真正开采的矿产非常相似，因此得名，挖矿的就是矿工。

比特币挖矿的过程就是通过算力（算力）获得比特币区块打包权的过程。 矿工在获得打包区块的权利后将获得两种奖励：创建新区块的新币奖励和区块中包含的交易的交易手续费。

这两种类型的奖励是让矿工有动力挖矿的原因。 但挖矿最重要的意义在于保护比特币系统的安全，实现比特币网络无中心化的共识，避免双重支付。

比特币是挖矿发行的，类似于央行印钞发行货币。 但比特币的总量是有限的，挖新币的奖励机制是递减模式。 比特币总量为2100万枚，矿工打包新区块获得的比特币奖励数量每四年减半。 2009年每个区块奖励50个，2012年奖励25个，2016年奖励减半为12.5个。 根据这个比率，在 2140 年，将发行所有比特币。

2 构建区块

在构建区块之前，我们首先要了解独立验证的概念。

比特币网络每个节点上发生的交易数据传递给下一个节点后，接收交易的节点会对这笔交易进行验证，可以保证只有合法有效的交易才能在网络中传播，无效的交易将在第一个验证节点被丢弃。

负责挖矿的节点称为挖矿节点。 挖矿节点会将接收到的交易信息添加到自己的内存池中。 这里的内存池也可以称为交易池，用于暂存尚未加入区块链交易记录的交易。

比特币规定大约每 10 分钟生成一个块。 在这 10 分钟内，挖矿节点将做什么？

举个栗子：

假设挖矿节点A想要在001区块之后获得002区块的打包权，需要利用自己的算力找到一个满足002打包权的值，找到这个值的过程就是工作量证明。 A 在寻找价值的同时，也会收集自己收到的交易信息，并将这些新的交易信息放入交易池中。

如果另一个挖矿节点B提前获得了002区块的打包权，A节点就停止争夺002的打包权，开始对B节点生成的002区块进行验证，验证通过后会检查所有交易，并在自己的交易池中移除002中已有的交易，保证交易池中的所有交易都是未确认的，等待记录在新的区块中。

完成这些任务后，A节点将争夺003区块的打包权，它会先构建一个新的空区块作为003的候选区块，并将自己交易池中的交易放入003中，因为这个区块不还没有有效的工作量证明比特币挖矿国家排名，所以挖矿节点需要成功找到工作量证明的正确值，才能使区块生效。

3 工作证明

我们一直在谈论工作量证明，那么工作量证明到底是什么？

首先，我们必须回顾一下块结构。 区块包括区块体和区块头。 区块体用于存储交易信息，区块头用于存储区块的一些基本属性。 这里我们重点关注区块头。 区块头的主要内容如下：

在工作量证明中，我们应该关注难度目标值和Nonce。 挖矿节点的目标是让本次区块头运算产生的哈希值小于难度目标值。 Nonce 用于更改此哈希值。 因为 Nonce 包含在区块头中，改变它的值也会导致区块的哈希值改变。

挖矿节点不断调整Nonce的值，使哈希值小于难度目标值。 要满足这个条件，需要经过大量的试错调整才能找到符合要求的Nonce，需要巨大的计算资源（算力），所以最后挖矿节点之间的竞争其实就是谁先找到Nonce . 找到Nonce的过程就是工作量证明，找到满足条件的Nonce就是有效的工作量证明。

一个挖矿节点已经完成了工作量证明，那么其他节点如何验证工作量的有效性呢？

这很容易！ 因为已经找到了Nonce，其他节点只需要用这个Nonce值代入区块进行计算，看得到的哈希值是否小于难度目标值。 如果较小，则证明工作负载是有效的。

4 验证合法性

当一个区块生成并即将上传到链上时，当新区块在网络中传播时，每个节点都会进行一系列测试来验证它，然后再将其转发给它的节点。 这确保只有有效的块在网络中传播。 而这种机制也保证了诚实矿工产生的区块能够被纳入区块链，从而获得奖励。 不诚实的矿工生产的区块将被拒绝，这不仅会损失他们的奖励，还会浪费寻找工作量证明解决方案的机会，从而导致他们的电费损失。

5 总结

工作量证明机制是去中心化自治的重点。 挖矿节点是比特币网络不可或缺的一部分。 中本聪发明的去中心化共识机制是基于没有明确的选举或没有固定的时间达成共识，只需要数千个节点遵守最简单的规则就可以形成一个复杂的系统。 我们来盘点一下新区块诞生前后的情况；

1. 每个全节点根据综合标准独立验证每笔交易并记录在交易池中

2. 挖矿节点通过完成工作量证明算法的验证，自主将交易记录打包到新区块中

3. 每个节点独立验证新区块并组装到区块链中

4. 每个节点独立选择区块链，在工作量证明机制下选择累计工作量最大的区块链

这是比特币基础知识的最后一期，我们通过最简单、最流行的语言学习了比特币网络的基本概念。 中本聪发明比特币网络后，这种点对点的理念也打开了新世界的大门比特币挖矿国家排名，越来越多的人开始加入到区块链革命中。

后面我们将开始探索比特币网络之外更大的世界，各种富有创意的新兴公链正在改变世界。