世界超级计算机排名2015 【紫冬声音】区块链技术综述：区块链技术发展现状与展望(8)

步骤 2：计算区块体交易集合的 Merkle 根记入区块头，并填写区块头的其他元数据，其中随机数 Nonce 置零；

步骤 3：随机数 Nonce 加 1；计算当前区块头的双 SHA256 哈希值，如果小于或等于目标哈希值，则成功搜索到合适的随机数并获得该区块的记账权；否则继续步骤 3 直到任一节点搜索到合适的随机数为止；

步骤 4：如果一定时间内未成功，则更新时间戳和未确认交易集合、重新计算 Merkle 根后继续搜索。

符合要求的区块头哈希值通常由多个前导零构成，目标哈希值越小，区块头哈希值的前导零越多，成功找到合适的随机数并「挖」出新区块的难度越大。据区块链实时监测网站 Blockchain.info 显示，截止到 2016 年 2 月，符合要求的区块头哈希值一般有 17 个前导零，例如第 398346 号区块哈希值为「0000000000000000077f754f22f21629a7975cf…」。按照概率计算，每 16 次随机数搜索将会有找到一个含有一个前导零的区块哈希值，因而比特币目前 17 位前导零哈希值要求 1617 次随机数搜索才能找到一个合适的随机数并生成一个新的区块。

由此可见，比特币区块链系统的安全性和不可篡改性是由 PoW 共识机制的强大算力所保证的，任何对于区块数据的攻击或篡改都必须重新计算该区块以及其后所有区块的 SHA256 难题，并且计算速度必须使得伪造链长度超过主链，这种攻击难度导致的成本将远超其收益。据估计，截止到 2016 年 1 月，比特币区块链的算力已经达到 800000000 Gh/s，即每秒进行8×10^18 次运算，超过全球 Top 500 超级计算机的算力总和。

PoW 共识机制是具有重要意义的创新，其近乎完美地整合了比特币系统的货币发行、交易支付和验证等功能，并通过算力竞争保障系统的安全性和去中心性。PoW 共识机制同时存在着显著的缺陷，其强大算力造成的资源浪费（如电力）历来为研究者所诟病，而且长达 10 分钟的交易确认时间使其相对不适合小额交易的商业应用。

PoS 共识机制

PoS 共识是为解决 PoW 共识机制的资源浪费和安全性缺陷而提出的替代方案。限于篇幅，本文主要聚焦于 PoS 相对于 PoW 的创新之处。PoS 共识本质上是采用权益证明来代替 PoW 中的基于哈希算力的工作量证明，是由系统中具有最高权益而非最高算力的节点获得区块记账权。

权益体现为节点对特定数量货币的所有权，称为币龄或币天数（Coin Days）。币龄是特定数量的币与其最后一次交易的时间长度的乘积，每次交易都将会消耗掉特定数量的币龄。例如，某人在一笔交易中收到 10 个币后并持有 10 天，则获得 100 币龄；而后其花掉 5 个币后，则消耗掉 50 币龄。显然，采用 PoS 共识机制的系统在特定时间点上的币龄总数是有限的，长期持币者更倾向于拥有更多币龄，因此币龄可视为其在 PoS 系统中的权益。

此外，PoW 共识过程中各节点挖矿难度相同，而 PoS 共识过程中的难度与交易输入的币龄成反比，消耗币龄越多则挖矿难度越低。节点判断主链的标准也由 PoW 共识的最高累计难度转变为最高消耗币龄，每个区块的交易都会将其消耗的币龄提交给该区块，累计消耗币龄最高的区块将被链接到主链。

由此可见，PoS 共识过程仅依靠内部币龄和权益而不需要消耗外部算力和资源，从根本上解决了 PoW 共识算力浪费的问题，并且能够在一定程度上缩短达成共识的时间，因而比特币之后的许多竞争币均采用 PoS 共识机制。

DPoS 共识机制

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