区块链:科普 | 比特币挖矿用的SHA256算法是什么？

视频来源：MatthewEnduresTeaching

翻译：Cobo钱包

世界上最流行的计算机算法大概就是SHA256哈希算法了。首先看下它的定义——一种具有确定性的单向哈希函数。我们逐词解释一下：

「算法」就是执行操作的一系列步骤/过程；

「哈希函数」是一种数学函数，输入的长度可以是任意的，但输出的长度是固定的，可以把它理解为文件的数字指纹；

具有「确定性」的特征，意思是同一个输入值，总能得到相同的输出值。

动态 | 链客社区联合北京交通广播推出区块链技术科普节目:12月11日15:15—16:00，区块链技术社区——链客区块链技术社区将联合北京交通广播FM103.9从零开始为大众科普解码区块链技术，蜻蜓FM及北京广播网同期进行全球直播。首期做客嘉宾为链客区块链技术社区创始人郄建军和百度区块链产品负责人于雅楠。[2019/12/11]

SHA256是指输出值为256位的安全的哈希算法，那「单向」是什么意思呢——单向代表了函数很难逆推。有些函数很容易逆推，比如加30，只需减30就可以逆推回来；但如果你要逆推两个大素数的乘法公式就很难。

动态 | 区块链技术入选科普杂志《科学美国人》2019十大突破性技术榜单:据新浪网今日新闻报道，美国科普杂志《科学美国人》公布 2019 十大突破性技术榜单。区块链技术因在保障食品安全中的作用而上榜。 入选榜单具体原因：区块链技术的发展应用将显著改善食品污染源数据追踪的困境。利用区块链云端系统，食品制造商可以依次在计算机储存各类过程的信息。[2019/9/29]

SHA256函数是一种单向散列算法，输入值可以是任意类型和长度，输出值位数均为256位，可能是256个1和0——这是一个很长的数，所以通常会写成一段64位十六进制数。

科普时报：区块链与云计算长期发展目标不谋而合:据《科普时报》今日报道，区块链与云计算两项技术的结合，从宏观上来说，一方面，利用云计算已有的基础服务设施或根据实际需求做相应改变，实现开发应用流程加速，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源机构、联盟和金融等机构对区块链应用的需求。另一方面，对于云计算来说，“可信、可靠、可控制”被认为是云计算发展必须要翻越的“三座山”，而区块链技术以去中心化、匿名性，以及数据不可篡改为主要特征，与云计算长期发展目标不谋而合。[2018/5/4]

这个公式有两个有趣又实用的特点：

首先，如果你得到了同样的哈希值，或者说是数字指纹，就是因为你输入了完全相同的输入值，两个不同的输入值不会得出同一个输出值。

那哈希值数量有多少呢——2的256次方。

另一个有趣的特点是蝴蝶效应，只要输入值改变一点点输出值就会变。举个例子，我现在拍一张照片，像素：1000x1000，文件长度：2400万位，用SHA256算法来运行一下，得出一个哈希值。现在来改变输入值中的某一个小单位，放大这个电线杆的像素，把绿色值的0改为1，重新用SHA256算法运行一遍，就得到一个完全不同的输出值，这还只是改变了2400万单位中的一个。

以上两个特点帮助SHA256适用于各种场景：密码学、数字签名、认证，以及比特币。

SHA256在比特币协议中发挥着关键的作用，任何人都可以在自己的计算机上运行这个数学函数，但没有人能逆推它。如果你可以逆推这个算法，你就可以比其他人挖矿挖得更快，然后赚很多钱。

比特币挖矿的过程，就是找到输入值的过程，这个输入值通过SHA256算法产生了一串开头带有约70个零的输出值。但是，因为没有已知的公式，每个人能做的也只是通过蛮力一个数一个数去试，直到找到正确的输入值。不过比特币挖矿只需要找到一个接近的哈希值就好，不需要完全匹配。实际上，挖矿难度可以调整，保证大概每十分钟能有矿工找到匹配的输入值，然后赚取12.5比特币的出块奖励，这就是为什么我认为它是地球上最流行的算法，或者应该说是地球上最常用的算法。

为了跑赢比特币挖矿的竞赛，人们专门使用了可以很快运行SHA256算法的计算机，有多快呢？

如果把全世界所有比特币矿工加起来，目前他们每秒正在运算6千亿亿个哈希值，分秒不休，日复一日。

所以我说SHA256是最流行的算法，这个结论还是很公道的。我觉得可能会有其它的字符处理算法和它竞争，比如傅里叶变换函数，但是每秒能运算超过6千亿亿次吗？

我不知道...

Anyway，我说这些就是想表明：没有人能找到比特币挖矿的捷径，虽然找捷径有巨大的经济动力，或许有人能找到，但他们不会那样做，只会选择遵循规则...

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