?一.前言
????????????在了解pow共識機(jī)制前，我們先了解下比特幣區(qū)塊的結(jié)構(gòu)，下圖是比特幣區(qū)塊的結(jié)構(gòu)圖：
????????從圖上可知，比特幣的結(jié)構(gòu)分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體，其中區(qū)塊頭細(xì)分為：
????????父區(qū)塊頭哈希值：前一區(qū)塊的哈希值，使用SHA256(SHA256(父區(qū)塊頭))計算。占32字節(jié)
????????版本：區(qū)塊版本號，表示本區(qū)塊遵守的驗證規(guī)則 。占4字節(jié)
????????時間戳：該區(qū)塊產(chǎn)生的近似時間，精確到秒的UNIX時間戳，必須嚴(yán)格大于前11個區(qū)塊時間的中值，同時全節(jié)點也會拒絕那些超出自己2個小時時間戳的區(qū)塊。占4字節(jié)
????????難度：該區(qū)塊工作量證明算法的難度目標(biāo)，已經(jīng)使用特定算法編碼。占4字節(jié)
????????隨機(jī)數(shù)（Nonce）：為了找到滿足難度目標(biāo)所設(shè)定的隨機(jī)數(shù)，為了解決32位隨機(jī)數(shù)在算力飛升的情況下不夠用的問題，規(guī)定時間戳和coinbase交易信息均可更改，以此擴(kuò)展nonce的位數(shù)。占4字節(jié)
????????Merkle根：該區(qū)塊中交易的Merkle樹根的哈希值，同樣采用SHA256(SHA256())計算。占32字節(jié)
????????如此，細(xì)心的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊頭總共占了80字節(jié)。
????????區(qū)塊體除了籌幣交易記錄（由一棵Merkle二叉樹組成）外，還有一個交易計數(shù)。
? ? ? ? 比特幣的任何一個節(jié)點，想生成一個新的區(qū)塊，必須使用自己節(jié)點擁有的算力解算出pow問題。因此，我們先了解下pow工作量證明的三要素。
二.pow工作量證明三要素
????????在前言中介紹完比特幣區(qū)塊后，接下來我們了解下pow機(jī)制需要滿足哪些要素？
? ? ? ? 1.工作量證明函數(shù)
? ??????????????????在比特幣中使用的是SHA256算法函數(shù)，是密碼哈希函數(shù)家族中輸出值為256位的哈希算法。
? ? ? ? 2.區(qū)塊
? ????????????????區(qū)塊頭在前言中已經(jīng)做詳細(xì)介紹，這里我們就介紹下區(qū)塊體的?Merkle樹算法：
? ? ? ? 如上圖所示，首先對4個交易記錄L1--L4,分別計算hash(L1)--hash(L4),然后計算hash0=hash0-0+hash0-1和hash1=hash1-0+hash1-1，最后計算出根節(jié)點的hash值top hash。
3.難度值
? ? ? ? 關(guān)于難度值，我們直接看公式：
????????新難度值=舊難度值*（過去2016個區(qū)塊花費(fèi)時長/20160分鐘）
????????目標(biāo)值=最大目標(biāo)值/難度值
? ? ? ? 新難度值解析：撇開舊難度值，按比特幣理想情況每10分鐘出塊的速度，過去2016個塊的總花費(fèi)接近20160分鐘，這樣，這個值永遠(yuǎn)趨近于1。
? ? 目標(biāo)值解析：最大目標(biāo)值為一個固定數(shù)（具體可查閱資料了解，這里不做詳述），若過去2016個區(qū)塊花費(fèi)時長少于20160分，那么這個系數(shù)會小，目標(biāo)值將會被調(diào)大些，反之，目標(biāo)值會被調(diào)小，因此，比特幣的難度和出塊速度將成反比例適當(dāng)調(diào)整出塊速度。
????????介紹完pow工作量證明的三要素后，我們就可以講解下工作量證明的流程
三.pow工作量證明流程
從流程圖中看出，pow工作量證明的流程主要經(jīng)歷三步：
1.生成Merkle根哈希
? ? ? ? ? ? 生成Merkle根哈希在第二章節(jié)中的第2要素中已經(jīng)有講解，即節(jié)點自己生成一筆籌幣交易，并且與其他所有即將打包的交易通過Merkle樹算法生成Merkle根哈希，所以為什么說區(qū)塊是工作量證明的三要素之一。
2.組裝區(qū)塊頭
? ? ? ? 區(qū)塊頭將被作為計算出工作量證明輸出的一個輸入?yún)?shù)，因此第一步計算出來的Merkle根哈希和區(qū)塊頭的其他組成部分組裝成區(qū)塊頭，這也就是為什么我們在前言中大費(fèi)周章的去提前講解比特幣的區(qū)塊頭。
3.計算出工作量證明的輸出
? ? ? ? ? ?下面我們直接通過公式和一些偽代碼去理解工作量證明的輸出：
? ? ? ? ? ?i. 工作量證明的輸出=SHA256(SHA256(區(qū)塊頭))
? ? ? ? ? ?ii. if（工作量證明的輸出<目標(biāo)值），證明工作量完成
? ? ? ? ? ?iii.if（工作量證明的輸出>=目標(biāo)值）,變更隨機(jī)數(shù)，遞歸i的邏輯，繼續(xù)與目標(biāo)值比對。
? ? ? ? ? 注：目標(biāo)值的計算見第二章節(jié)的要素3的難度值。
????????上面的流程圖及解析即pow工作量證明的整個過程。
四.pow共識記賬
? ? ? ? 第三章中講解的是單節(jié)點工作量證明流程，有了這個計算流程，我們就得將其使用起來，在比特幣平臺中，中本聰就是運(yùn)用的pow工作量證明來使全網(wǎng)節(jié)點達(dá)到51%及以上的共識記賬，以下將介紹pow工作量證明共識是如何記賬的？
? ? ? ? 首先，客戶端產(chǎn)生新的交易，向全網(wǎng)廣播
????????第二，每個節(jié)點收到請求，將交易納入?yún)^(qū)塊中
????????第三，每個節(jié)點通過第三章中描述的pow工作量證明
????????第四，當(dāng)某個節(jié)點找到了證明，向全網(wǎng)廣播
????????第五，當(dāng)且僅當(dāng)該區(qū)塊的交易是有效的且在之前中未存在的，其他節(jié)點才認(rèn)同該區(qū)塊的有效性
????????第六，接受該區(qū)塊且在該區(qū)塊的末尾制造新的區(qū)塊
大概時序圖如下：
