我的区块链技术学习笔记(十一):获得第一笔挖矿奖励

在比特币的世界里,是先有蛋,还是先有鸡?

attachments-2018-01-K6r6520z5a66d80c9db7c.作者: Ivan Kuznetsov  吴寿鹤等

著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

今天我们说一个很有意思的话题,在哲学命题中,有一个先有鸡还是先有蛋的问题,那么在比特币的世界里,到底是交易导致了币的产生, 还是币导向了交易?

我们先在这里讨论第一个命题,讨论币的产生过程,即获得第一笔挖矿奖励,表现为:

type TXInput struct {
    Txid      []byte
    Vout      int
    ScriptSig string
}

正如之前所提到的,一个输入引用了之前交易的一个输出:Txid 存储的是之前交易的 ID,Vout 存储的是该输出在那笔交易中所有输出的索引(因为一笔交易可能有多个输出,需要有信息指明是具体的哪一个)。ScriptSig 是一个脚本,提供了可解锁输出结构里面 ScriptPubKey 字段的数据。如果 ScriptSig 提供的数据是正确的,那么输出就会被解锁,然后被解锁的值就可以被用于产生新的输出;如果数据不正确,输出就无法被引用在输入中,或者说,无法使用这个输出。这种机制,保证了用户无法花费属于其他人的币。

再次强调,由于我们还没有实现地址,所以目前 ScriptSig 将仅仅存储一个用户自定义的任意钱包地址。我们会在下一篇文章中实现公钥(public key)和签名(signature)。

来简要总结一下。输出,就是 “币” 存储的地方。每个输出都会带有一个解锁脚本,这个脚本定义了解锁该输出的逻辑。每笔新的交易,必须至少有一个输入和输出。一个输入引用了之前一笔交易的输出,并提供了解锁数据(也就是 ScriptSig 字段),该数据会被用在输出的解锁脚本中解锁输出,解锁完成后即可使用它的值去产生新的输出。

每一笔输入都是之前一笔交易的输出,那么假设从某一笔交易开始不断往前追溯,它所涉及的输入和输出到底是谁先存在呢?换个说法,这是个鸡和蛋谁先谁后的问题,是先有蛋还是先有鸡呢?

先有蛋

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func NewCoinbaseTX(to, data string) *Transaction {
    if data == "" {
        data = fmt.Sprintf("Reward to '%s'", to)
    }

    txin := TXInput{[]byte{}, -1, data}
    txout := TXOutput{subsidy, to}
    tx := Transaction{nil, []TXInput{txin}, []TXOutput{txout}}
    tx.SetID()

    return &tx
}

coinbase 交易只有一个输出,没有输入。在我们的实现中,它表现为 Txid 为空,Vout 等于 -1。并且,在当前实现中,coinbase 交易也没有在 ScriptSig 中存储脚本,而只是存储了一个任意的字符串 data。

在比特币中,第一笔 coinbase 交易包含了如下信息:“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks”。

subsidy 是挖出新块的奖励金。在比特币中,实际并没有存储这个数字,而是基于区块总数进行计算而得:区块总数除以 210000 就是 subsidy。挖出创世块的奖励是 50 BTC,每挖出 210000 个块后,奖励减半。在我们的实现中,这个奖励值将会是一个常量(至少目前是)。

将交易保存到区块链

从现在开始,每个块必须存储至少一笔交易。如果没有交易,也就不可能出新的块。这意味着我们应该移除 Block  Data 字段,取而代之的是存储交易:

type Block struct {
    Timestamp     int64
    Transactions  []*Transaction
    PrevBlockHash []byte
    Hash          []byte
    Nonce         int
}

NewBlock  NewGenesisBlock 也必须做出相应改变:

func NewBlock(transactions []*Transaction, prevBlockHash []byte) *Block {
    block := &Block{time.Now().Unix(), transactions, prevBlockHash, []byte{}, 0}
    ...
}

func NewGenesisBlock(coinbase *Transaction) *Block {
    return NewBlock([]*Transaction{coinbase}, []byte{})
}

接下来修改创建区块链的函数:

func CreateBlockchain(address string) *Blockchain {
    ...
    err = db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
        cbtx := NewCoinbaseTX(address, genesisCoinbaseData)
        genesis := NewGenesisBlock(cbtx)

        b, err := tx.CreateBucket([]byte(blocksBucket))
        err = b.Put(genesis.Hash, genesis.Serialize())
        ...
    })
    ...
}

现在,这个函数会接受一个地址作为参数,这个地址将会被用来接收挖出创世块的奖励。

工作量证明

工作量证明算法必须要将存储在区块里面的交易考虑进去,从而保证区块链交易存储的一致性和可靠性。所以,我们必须修改 ProofOfWork.prepareData 方法:

func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int) []byte {
    data := bytes.Join(
        [][]byte{
            pow.block.PrevBlockHash,
            pow.block.HashTransactions(), // This line was changed
            IntToHex(pow.block.Timestamp),
            IntToHex(int64(targetBits)),
            IntToHex(int64(nonce)),
        },
        []byte{},
    )

    return data
}

不像之前使用 pow.block.Data,现在我们使用 pow.block.HashTransactions() 

func (b *Block) HashTransactions() []byte {
    var txHashes [][]byte
    var txHash [32]byte

    for _, tx := range b.Transactions {
        txHashes = append(txHashes, tx.ID)
    }
    txHash = sha256.Sum256(bytes.Join(txHashes, []byte{}))

    return txHash[:]
}

通过哈希提供数据的唯一表示,这种做法我们已经不是第一次遇到了。我们想要通过仅仅一个哈希,就可以识别一个块里面的所有交易。为此,先获得每笔交易的哈希,然后将它们关联起来,最后获得一个连接后的组合哈希。

比特币使用了一个更加复杂的技术:它将一个块里面包含的所有交易表示为一个 Merkle tree ,然后在工作量证明系统中使用树的根哈希(root hash)。这个方法能够让我们快速检索一个块里面是否包含了某笔交易,即只需 root hash 而无需下载所有交易即可完成判断。

来检查一下到目前为止是否正确:

$ blockchain_go createblockchain -address Ivan
00000093450837f8b52b78c25f8163bb6137caf43ff4d9a01d1b731fa8ddcc8a

Done!

很好!我们已经获得了第一笔挖矿奖励,但是,我们要如何查看余额呢?我们下一期再讲!

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  • 发表于 2018-01-23 14:18
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