SHA 函数是无影象性、无进程性的
假如你领略了这个表明，那么你应该对事情量证明和权益证明间的区别有了更清楚的认知。显然，两者本质上是差异的：权益证明是（用随机性来分发的）权力，而事情量证明是一个时钟。
去中心化账本中的时间顺序问题
彩票这一说法无非是用来吸引更多的矿工来参加到挖矿中，它自己并不是区块链运行的机制。有人也许会说区块的哈希值形成了链条，，不外这也跟事情量证明没什么干系 ，它只是用暗码学来强化对区块顺序的记录罢了 。哈希链条还确保之前的滴答声越来越不行改变，变得越来越安详。
这个时钟不准确也不要紧。重要的是，每小我私家的时钟都沟通，而且链的状态可以明晰地与此时钟的滴答声接洽在一起。
值得留意的是，我们的事情量证明时钟只能给我们提供滴答声。但我们没法从滴答声中听出顺序。而 前后相接的哈希链条就是用来办理这个问题的（译者注：因为区块头中包括了挖矿的矿工选定作为父区块的谁人区块的哈希值，因此这就形成了先后顺序）。
时间排序是最基础的问题
这个问题在 Leslie Lamport 于 1978 年颁发的 “Time, Clocks, and the Ordering of Events in a Distributed System” 一文中有很具体的说明 。不外实际上 ， 除了 “正确同步的物理时钟” 之外， 这篇文章并没有提出什么彻底的办理步伐。在 1982 年，Lamport 还提出了 “Byzantine Generals Problem” （拜占庭将军问题） 。中本聪在他早期的邮件中表明白事情量证明如何能办理该问题。不外 ，他在比特币白皮书中写道：“想要在点对点的基本上利用一个分手式的时间戳处事器，我们需要利用事情量证明系统”。这句话表白事情量证明主要照旧用来办理时间戳排序这一问题的。
这里必需要强调一下，在中本聪提出办理步伐之前，无法在分手式系统中确定事件与时间点的关联 这个困难使得去中心化账本一直无法实现。区块链中也有许多其它的技能细节值得玩味，不外时序照旧最基本也是最重要的一点。我们甚至可以认为， 无法完成时间排序，就不行能有区块链 。
区块之间无事产生
这关漫衍式共鸣什么事？
要做矿工也简朴，算下 SHA 就行
可是假如生意业务都是由世界各地的匿名用户生成，而且没有一其中心机构来认真整理，那么我们怎么给生意业务排定顺序呢 ？举例来说，生意业务（可能区块）含有时间戳，但什么条件下，这些时间戳才是信得过的呢 ？
在相识了这些有趣的属性之后，你们或许会得出一个结论：事情量证明主要是一个实现 “漫衍式且去中心化的时序系统”（也就是一个时钟）的机制。
Hashrate 实际上就是一个矿工人数和挖矿设备计较哈希值速度的函数。
事情量证明主要跟时间有关，而不是跟事情量有关；这个事实也指出了，大概尚有其他的统计问题会更耗损时间但只需要更少的能量。这一事实也意味着比特币的 hashrate（哈希速率）实际上是过多的。我们前面提到的比特币时钟其实只需要一部门的 hashrate 也能运行自如。不外嘉奖机制的存在刺激了能量的耗损。
这种机制之所以叫作 “事情量证明” 就是因为满意条件的数值太少了。找到这样一个数需要举办大量的实验（也就是事情量）。需要耗费的事情量反过来体现了需要耗费的 时间。
通过改变要求，我们可以调解难度以及找到这样一个值的大概性。比特币难度的动态调解使得整个网络平均每十分钟找到一个这样的值（译者注：固然这样的值要满意的要求是不绝变革的） 。
扼要回首 “事情量证明”
简朴来说 ，比特币上的事情量证明就是找到一个值， 这个值颠末 SHA-2 这个哈希函数运算后 （获得的哈希值） 能满意特定的条件（小于某一特定命值）。而这个要求的数值越小，大概满意条件的输入值就越少，从而找到这样一个输入值的难度就越高。
尚有别的一个共鸣是专门用来处理惩罚一种非凡环境的 —— 两声持续的滴答声与相互斗嘴的区块相关联。这种斗嘴只有期待下一声滴答的呈现才气办理。当下一个与滴答声相关联的区块呈现时，它会接在前面斗嘴的两个区块中的一个后头。而这就会使得另一个区块酿成 “孤块”。一条链到底会如何成长，是一个概率问题，但或多或少也能跟事情量证明时钟有关。
参加度会在统计功效中揭破出来
神奇的奥秘参加属性反过来也 创立 。全局的哈希率（global hash rate）之所以能被各人所知道，并不是因为矿工们在一个什么 “矿工注册所” 注册挂号了，然后上报各自的哈希速率 ，基础不是这么回事 。
或许就是这么回事了
SHA-256 哈希函数的输入值可以是 0 到 2^256 之间的任意一个整数（因为输出值是一个 32 位的字节，也是在 0 到 2^256 之间；任何更大的数值城市跟前面的某个数值有同样的哈希值 ，可能说是多余的）。尽量这是一个出格大的数（甚至比已知宇宙中的原子数量都大），但各人起码都知道范畴，并可以从中挑选数值。
一个安详哈希算法在统计学中被认为是无影象性的。这一特性明明与人类的直觉相反。有关无影象性最好的例子就是扔硬币。假如一枚硬币已经持续十次正面朝上了，这是否代表下一次更大概是后面朝上呢？直觉汇报我们，“是的”。可是实际上，不管之前的记录是什么样的，正面或是后面朝上的概率仍然是对半开的。
编者注：EthFans 网站上曾出书过本文的一个译本，见此处。
首先 ，为了利用 “之前” 和 “之后” 这样的描写，我们先得成立 “时间点” 这样一个观念 。在时间线上确立一个详细的点乍看起来好像不行能，因为今朝还没有技能可以或许准确到丈量出一个 Planck（时间单元，约便是 5.391247×10^-44 秒）。但你之后会发明，比特币就是这样运作的 —— 它通过建设本身的时间观念来让确按时间线上的详细点变得大概。
事情量证明问题的解必需是一个区块 （精确来说是一个区块头） 的哈希值。就像我们之前说的，输入值并不重要。不外假如是一个真的区块，那么这个解找出来的时候，也就是这个时钟的 “滴答” 一刻 。不是在那之前，也不是之后，就是在那一刻。我们这么确信，就是因为区块是这个机制的一部门。
事情量证明机制也加强了区块的不行改变性。这也顺带使得断绝见证（ Segregated Witness ）变得可行，不外其实通过保存签名（witness）也可以实现。所以这一浸染只是次要的。
以上就是事情量证明对区块链的浸染 。矿工们并不是通过买什么 “彩票” 来赢取打包一个区块的权利，也不是什么把电能转换成一种有代价的对象，这些说法都走远了 。
因此，在一个给定难度下，在给按时间内找到功效的概率 只取决于所有矿工遍历大概哈希值的速度 ，跟过往的汗青无关，跟区块数据也无关，只跟哈希率（hashrate，做哈希运算的速度）有关 。
最后一块拼图
比特币区块链中， 事情量证明算法的输入值就是一个区块的区块头（包括了对区块中生意业务数据的一些摘要信息，尚有上一个区块的哈希值） 。不外就算我们只是随机地输入一些数据，找到合乎要求的哈希值的概率照旧一样的。岂论输入的是有效的区块头照旧一些随机的字节，我们找到一个正确功效的时间照旧平均十分钟。虽然，假如你真的是把随机内容作为输入值，就算你找到了功效，你的区块也不会被打包到区块链上。固然这种环境也算是事情量证明，可是是无用的。
换个说法，假如 SHA256 函数的输入值不是区块，我们照旧会有一个时钟，可是却没法把区块和时钟的滴答声接洽在一起。而利用区块作为输入值就能很好地办理这个问题。
哈希率能被各人知道的原因其实也很简朴。想要每十分钟阁下找到一个特定难度的解，这得有这么多次的实验（约莫10^21）由或人在某地完成。
请留意，这篇文章接头的并不是事情量证明的道理，而是区块链是如何操作事情量证明的。假如你还不相识事情量证明是什么，可以从这篇文章看起。
本文的表明基于例证一些事情量证明在区块链上运用中的有趣属性。它们往往不是那么直观，有时候甚至与我们的直觉相悖。好比说，通过事情量证明，一群人不消相互交换就能配合办理一个问题。
假如你尚有点半信半疑，不要紧，想想这样一个类比吧 —— 寻找最大的质数。这个问题很难，并且一旦找到了一个更大的质数，那这个数就会被认定为 “已找到” 、“已知”。在数字世界中，有无限个质数。不外因为我们用的数字系统都是一样的，岂论是谁试图办理这个问题，我们面临的都是同样的问题。你不需要汇报别人你抉择寻找最大的质数，你只需要等你真的找到解的时候再汇报各人。假如没有人想研究这个问题，那么这个问题的解就永远不会被找到。因此，只要最终功效会被公布，参加度（也就是寻找功效的一次次实验）就会影响功效，即便参加的进程是完全奥秘的。这么看，中本聪发现的这套机制真的太绝妙了 —— 操作了上述的逻辑，使得奥秘的参加进程和没有取得乐成的实验都能影响最终的功效。
难度是全宇宙统一的
总结
找出一个只需更少事情量又能享受更快滴答频率的要领十分坚苦，假如你找到了，请必然奉告我！
事情量即时钟
比特币区块链的事情量证明实际上就是一个漫衍式的、去中心化的时钟。
这台时钟是由数目未知的参加者集团的哈希率总和来敦促运行的；这些参加者散布在这颗星球上，互相之间毫无关联。
这个 “统一性” 属性看似神乎其神，实际上是很好领略的。我之所以说是 “统一性”，是因为这个词很好领略。不外精确来说，它指的是 “每个矿工都知道”。
另外，我想出格感激 UChicago Statistics 的 Sasha Trubetskoy 对本文的修订和发起。
我们并不知道这些参加者到底是谁，他们也不需要汇报别人他们在事情。另外他们可以存在于宇宙中的任那里所。不外可以必定的是，这些参加者（矿工）必然存在。因为网络在一连出块，即一连地在找出切合要求的解。
显然，长途参加的矿工们互相之前并没有什么相同，因为他们只是在配合实验办理同一个数学统计问题 。他们其实都不知道互相的存在。
（请留意：严格意义上说 SHA 并不是无进程性的，因为哈希值的数量是有限的。不外尽量如此，因为 256 位的整数的范畴太大了，在实际上我们就认为它是无进程的。）
即便区块链不做账本，只做某种日志（因为每个节点都有同样的区块链副本），也需要为产生的工作分列出顺序。排序差异，功效显然也差异；排序差异，那就酿成另一条区块链了 。
值得留意的是，因为 SHA 函数是无进程性的，每一次的实验都可以看作是参加者支付了尽力后就立即分开了网络。因此，我们可以认为矿工们每秒钟城市无数次地收支网络。
这种无影象性是事情量证明的 无进程性 的前提 。无进程性指的是当矿工挖矿时重复实验差异的 nonce 时，每一次实验都是独立的事件。岂论他们已经支付了几多尽力，之后的每一次实验找到正确功效的概率都是一样的。换句话说，每一次不乐成的实验不会让矿工们 “更靠近” 正确的功效。一个已经实验挖了一年矿的矿工并不会比一个刚开始挖矿的矿工更容易挖到下一个区块 。
共鸣意味着一致同意。所有参加者都必需遵循的一条法则就是，时钟会有滴答声。其外，所有人都能听到滴答声，而且知道与每个滴答声相关联的数据。而这，正如中本聪在一封邮件中提过的，实际上办理了 拜占庭将军问题。
这篇文章将表明 “事情量证明” 在上的要害浸染。我们将只存眷事情量证明机制最要害的一个特征、并证明其它特征（好比安详性）只是附带功效，固然有用，但并不是最本质特征 。
在接头区块链时，我们说 “事情量证明” 其实不太贴切。这个词是从 Hashcash 项目中传下来的 ；在该项目中，它是用来证明事情量的。而在区块链上它则主要用于得到可校验的时间顺序 。当一小我私家看到一个哈希值满意难度条件，他/她知道发生这个哈希值必然花去了一些时间 。而这段时间就是由 “事情量” 造成的。不外这个哈希值之所以有意义，就是因为它证明白它的发生是颠末尾一段时间的。
在研究办理步伐之前，让我们先来仔细阐明一下问题。许多先容事情量证明的文章读起来都很艰涩，原因就在于它们试图跳干涉题直接表明谜底 。
时间不外是一小我私家造的观念。包罗原子钟在内，所有的报时来历， 其实都是一个 “被信任的第三方”（trusted third party） 。但最重要的是，这些第三方大大都环境下都不是完全正确的。因为网络延迟可能相对论的影响城市使它们的功效发生进出。坐在飞机上的人跟地上走的人之间会发生一个 “时间膨胀” 现象，这种误差会随逐渐累积起来，最终使排序失真。于是，依靠时间戳来决按时间的顺序在一个去中心化且地理上分手的系统中是不行能的。
你知道吗，难度是 普世的 。意思就是说整个宇宙中，岂论在哪，难度都是一样的。于是，我们可以请火星上的矿工来资助挖矿。他们不需要认识地球上的矿工，甚至都不消举办相同联结， 整个网络照旧每 10 分钟挖出一个区块 。（好吧，实际上他们得先想出个步伐汇报我们地球人他们挖出区块了，不然就算他们挖出来了我们也不知道。）
假如输入值的范畴、所用的函数（SHA-256）、尚有难度要求是各人都知道的，那么找到一个解的概率对所有人来说都是 统一的、公正的。
SHA 函数的输入值是不重要的
假如问题是让你找到一个符合的哈希值，那么你需要做的只是实验运行一次哈希函数，然后 “叮”，你就影响了全局的哈希速率（global hash rate）。因为这次实验，你也能被看作是一名矿工，而且辅佐了别人一起办理这个问题。你不需要和别人说你做了什么（除非你找到了最终的解），其他人也不需要知道。不外不管怎么样，你的实验都影响了全局功效。一点儿也不浮夸。
我们这里说的其实并不是传统意义上的 “时间” 观念，不是说的 “年代日” 这种 。我们需要的是一个能让我们验证一个事件是否先于另一件事产生的机制。
综上即可得知事情量证明的焦点：挖矿的难度要求就是一部时钟 。你愿意的话，可以管它叫 “宇宙时钟”，它不需要去跟别人同步，并且所有人都能 “看到” 它 。
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。
