Comunion 区块链深度学习系列｜挖矿和钱包原理

本系列内容包含：基本概念及原理、密码学、共识算法、钱包及节点原理、挖矿原理及实现。

挖矿

构成区块头的因素都产生以后，矿工会在Nonce中随机填入一个值，比如下图中Nonce=14202，接着对区块头进行哈希运算，会产生一个哈希值，这个哈希值会和区块头中的难度值进行比较。

当计算哈希比难度值大的时候，系统就会判定不符合要求，此时需要返回继续增加Nonce值，重新计算哈希值，以此不断重复循环计算，直到计算哈希小于难度值，才会进行下一步，这就是挖出了矿。

挖出矿之后，系统会将Nonce值固定到区块头中，并将交易广播到全网。

其实这里有一个问题是，既然第一个Nonce值不行的话，那为什么所有的矿工一般都是通过字征法，也就是一个一个数字相加的方式去运算呢？

有的人会认为，既然Nonce值是随机的，那为什么填入的时候不能随机填入呢，比如说1不行，就填100；100不行，就填500；500不行，就填2000……这样概率是不是应该更大一些？

其实并不会，因为哈希运算的时候，即使Nonce值只改变了一个数字，但是其哈希计算结果的区别却非常大。

也就是说，随机碰撞去试Nonce值的计算哈希概率并不会比顺序尝试的概率大，并且还会增加矿机设计的难度。

所以，现在挖矿一般都是通过给定计算范围的方式去计算Nonce值。

比如上图中，14202不行，那就14203……一直到12405，这时区块哈希小于难度值，这时也就是挖出了矿，找到了可用区块，最后将结果广播给全网。

需要说明的是，矿工挖出符合难度要求的区块之后，会将这个区块广播给网络中的其他节点，其他节点会验证新收到的区块是否符合难度要求。并且会将区块中包含的所有交易重新验证一遍，包括交易是否合法，交易输入和签名是否合法等。

如果验证没有问题，就会将这个区块添加到自己本地节点的账簿中，也就是填到链上，此时一笔交易完成。

数字钱包

钱包最重要的是私钥，因为有私钥就可以得到交易地址，并且可以通过链上去查询到与交易地址相关的所有记录以及余额。

如果私钥丢失或者被盗了，那这个钱包就再也找不回来了。

一个钱包中也可以有多个私钥，这取决于选用钱包的不同。

我们分析一些不同种类的钱包

不确定性钱包，这种钱包中的每个私钥之间没有关联性。备份钱包的时候，需要对每个私钥进行备份。

由于私钥是由很长的一串无序十六进制字符串构成的，只备份一个就很容易出错，如果再备份很多个，其这个工作量是巨大的，并且人工备份的过程中出错的概率也会上升，一旦备份丢失或者人工记录错误，这个钱包就无法找回。

不确定性钱包由于其管理难度的原因，往往容量是有限的，即私钥和地址的产生是有限的。

确定性钱包，这种钱包中所有的私钥是由一个主私钥按照一定规则衍生得出。备份钱包的时候，只需要把主私钥备份下来，并且把衍生规则记录下来。

这种钱包可以很顺利的通过主私钥种子，拿回钱包中包含的所有私钥和地址。其中每一个私钥是一个根，每个私钥管理下一个，当一个私钥泄露的话，只要知道规则，相连的一串私钥都会泄露，这也导致确定性钱包存在一定的不安全性。

钱包备份的时候，不是十六进制字符串的形式，而是采用12个或者24个助记词（单词或汉字）的形式，展现给使用者，使用者只需要备份这些助记词就可以了。当在一个新的钱包中重新导入备份的助记词，就可以找回之前使用的钱包。

由于确定性钱包这种确定性的关系，所以可以衍生出无数的私钥，所以钱包中的地址也是无数多个的。

分层确定性钱包，这种所有私钥由一个主私钥按照一定规则衍生得出，但是会分裂成很多子私钥，子私钥分裂成孙私钥，以此类推会产生无限多私钥。这样即使某一个子私钥泄露了，也不会影响其他子私钥的安全。

这种钱包是现在实际应用最多的，可以用一个主私钥管理整个钱包，然后不同的子私钥管理不同的数字货币。即使某一个链上的资产泄露了，也不会影响其他钱包的资产。