矿工遍历所有随机数，仍得不到正解，是爱情誓言错了？

图片来源图虫：已授站长之家使用

作者 | 晏文春

出品|白话区块链(ID：hellobtc)

在《为什么有的区块没有打包交易，是矿工忘记了吗?》一文中，有读者留言提问：

这个问题梳理成如下表述：

假设最新的区块高度为 1 万，在10： 00 整被挖出，矿工快速构建区块高度为 1 万零 1 的区块，然后在10：05，大白发布了一个交易，在10： 06 最新的区块被挖出，而且打包了大白发布这笔交易，这是为什么呢?按理说，这个新交易发布的时候，矿工早就构建好了候选区块，这个交易肯定不在他当初构建的候选区块里。

今天我们就来试着解答这个问题。

 01 

挖矿就是不断尝试随机数

在《一个经典的故事，让你 3 分钟搞懂比特币挖矿》一文中，白话区块链介绍过，挖矿的过程就是不断尝试随机数，试图找到符合要求的解的过程。矿工在构建好区块后，不断尝试随机数，直到有人找到符合要求的随机数(区块头的哈希值≤目标值)，新区块被挖出，该矿工获得出块奖励。

 02 

有限的随机数

比特币系统中的可以尝试的随机数是有限的，只有2^ 32 种可能的取值。矿工构建区块后，遍历所有的随机数，很可能仍没得到符合要求的解。这种情况，矿工该怎么办呢?哈希函数特点是，输入值改变哪怕一点：可以是改变顺序、增加内容、减少内容等，输出值的结果都会有天差地别般的变化。所以这种情况下矿工可以重新构建区块，比如其他内容不变，将一笔刚刚发布交易打包进区块，然后再尝试随机数，这种情况下，如果刚好找到了符合要求的解，新的区块就被挖出来了，这笔新发布交易也就被确认了。这也就回答了我们开头的那个问题。

 03 

矿工的其他调整方法

在遍历所有随机数后仍没有找到符合要求的解的情况下，矿工除了调整区块里打包的交易，还有哪些其他调整方案呢?

我们知道挖出新区块的条件是：区块头的哈希值≤难度目标。

而区块头内容包含：

除去随机数字段，块头里的版本字段、父区块头哈希值、难度目标都是确定的，无法调整，而时间戳字段可调的范围非常有限。这样下来，方便调整的部分还就剩默克尔树根字段。区块头内并没有包含该区块的交易数据，而是对这些交易信息取哈希值，然后再对交易的哈希值两两合并再取哈希值，直到形成最后形成一个字段，这个字段就是默克尔树根字段，它将被存储进区块头里。

▲图片来自网络：默克尔树

所以当出现遍历所有随机数都没有找到合适解的情况下，矿工可以调整区块里的交易：包括交易的顺序、增加打包的交易、减少打包的交易等，这些调整最终都将造成区块头里默克尔树根哈希值的变化，从而影响整个区块头的哈希值。但这样的处理都是辅助的方式，矿工更普遍的方式修改一个特殊交易的额外的随机数(Extra Nonce)，这种调整方法相对来说更加高效。

这个特殊的交易就是比特币出块奖励的创币交易。这笔交易是由系统"凭空创造"的，所以这笔交易是没有输入的，也就是说它的输入域(input 字段)默认是空的。矿工可以对这个字段进行修改，以期找到符合要求的解。创币交易输入域为额外的随机数提供了 8 个字节空间，换句话说，这使得随机数由原来的2^ 32 种可能性扩大为2^ 96 种可能性，矿工遍历2^ 96 种可能性，一般都能找到符合要求的解。

另外值得一说的是，这个特殊交易的输入域还是很多人信息上链的"窗口"，比如神鱼的"执子之手，与子偕老。神鱼 to 冬冬"就写在创币交易的输入域里。