区块链共识机制之POW算法

程 瑶，高丽芬，胡全贵

（1.中国矿业大学（北京），北京 100000；2.北京国网信通埃森哲信息技术有限公司，北京 100000）

1 工作量证明的原理

POW是区块链主流共识算法：工作量证明POW、权益POS、股份授权证明DPOS中一种，是由算力决定区块的记账权归属那个节点所有，那个节点先算出哈希函数的下一个随机数数值，得到收益，即俗称的“挖矿”。

例如以下的区块链中一个区块的基本结构：

以上区块信息中“Nonce”就是这个随机数，各个节点通过算力计算出下一个区块的Nonce，即拥有该区块记账打包的权利，并获得Block Reward。

2 工作量证明函数

POW采用SHA256对区块头做双重运算，而SHA256是单向函数，所以结果很难计算出来。节点在挖矿过程中，当随机生成的Hash值小于难度值则挖矿成功，例如以下节点挖矿的函数：

在以上函数中，当hashInt小于Block里面的target，则跳出循环，输出计算得出的nonce数值，即挖矿成功，得到挖矿的收益。

3 工作量证明过程

3.1 创始区块

区块作为区块链存储结构中的数据元素，收尾相接促成单向链式存储结构，第一个元素为创始区块，包块共识机制的设置，出块时间，矿工收益等初始参数设置。例如以下为一个区块的创始区块：

3.2 生成铸币交易

注释：coinbaseTx 新建一铸币交易对象。

3.3 调整Nonce数值

采用SHA256对区块头做双重运算，当节点计算出的随机数小于小于设置的难度值时，则挖矿成功。