以太坊源码分析:共识(3)Ethash |
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前言
Ethash实现了PoW,PoW的精妙在于通过一个随机数确定,矿工确实做了大量的工作,并且是没有办法作弊的。接下来将介绍: Ethash的挖矿本质。 Ethash是如何挖矿的。 如何验证Ethash的随机数。 Ethash的挖矿本质挖矿的本质是找到一个随机数,证明自己做了很多工作(计算)。在Ethash中,该随机数称为Nonce,它需要满足一个公式: Rand(hash, nonce) ≤ MaxValue / Difficulty 其中, hash:去除区块头中Nonce、MixDigest生成的哈希值,见HashNoNonce()。 nonce:待寻找的符合条件的随机数。 MaxValue:固定值2^256,生成的哈希值的最大取值。 Difficulty:挖矿难度。 Rand():使用hash和nonce生成一个哈希值,这其中包含了很多哈希运算。以上参数中,在得到区块头的hash之后,只有nonce是未知的。 公式的含义是,使用hash和nonce生成的哈希值必须落在合法的区间。利用下图介绍一下,Rand()函数结果取值范围是[0, MaxValue],但只有计算出的哈希值在[0, MaxValue / Difficulty]内,才是符合条件的哈希值,进而该Nonce才是符合条件的,否则只能再去寻找下一个Nonce。 以太坊可以通过调整Difficulty来调节当前挖矿的难度,Difficulty越大,挖矿的难度越大。当Difficulty越大时, MaxValue / Difficulty越小,合法的哈希值范围越小,造成挖矿难度增加。 哈希值满足条件的概率是 p = (MaxValue / Difficulty) / MaxValue = 1 / Difficulty,矿工需要进行1 / p = Difficulty次的判断,才有可能找到一个符合条件的Nonce,当前以太坊难度为3241847139727150。 如何挖矿Ethash挖矿的主要思想是,开启多个线程去寻找符合条件的Nonce,给每个线程分配一个随机数,作为本线程的Nonce的初始值,然后每个线程判断当前的Nonce是否符合上面的公式,如果不符合,则把Nonce加1,再次进行判断,这样不定的迭代下去,直到找到一个符合条件的Nonce,或者挖矿被叫停。 接下来介绍挖矿的几个主要函数的实现,它们是: 挖矿的入口Seal函数。 挖矿函数mine函数。 挖矿需要的数据cache和dataset。 Rand()函数的实现hashimotoFull和hashimoto。 挖矿入口Seal()Seal是引擎的挖矿入口函数,它是管理岗位,负责管理挖矿的线程。它发起多个线程执行Ethash.mine进行并行挖矿,当要更新或者停止的时候,重新启动或停止这些线程。 挖矿函数mine()mine函数负责挖矿。Seal在启动每一个mine的时候,给它分配了一个seed,mine会把它作为Nonce的初始值,然后生成本高度使用的dataset,然后把dataset, hash, nonce传递给hashimotoFull函数,这个函数可以认为是原理介绍中的Rand随机函数,他会生成哈希值Result,当Result |
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