共识算法之POS挖矿共识算法之POS挖矿

我们之前分析过比特币的挖矿，比特币使用的挖矿共识算法是POW(Proof of Stake),如果有兴趣的可以翻我之前关于比特币挖矿的文章看一下。现在应用很广泛的共识算法除了POW之外，还有另个一共识算法POS(Proof of Stake),第一个应用此算法的虚拟币是点点币（peerCoin)。我们就基于点点币的源码看一下POS的挖矿过程。
为了让大家了解挖矿过程，我们从init.cpp中AppInit2()函数的第11步Step 11: start node 启动节点来分析，通过源码，我们可以看到其实点点币的源码也是基于比特币源码实现的。客户端的启动过程和比特币一样，代码结构也一样。我们看第11步最后一行代码启动点点币挖矿过程：

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启动POS挖矿这里通过调用MintStake启动POS挖矿，我们现在进入这个函数在main.cpp中。

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调用ThreadStakeMinter 这个函数又新建了一个线程ThreadStakeMinter，用来POS挖矿，

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调用BitcoinMiner 通过这里可以看到调用了BitcoinMiner函数，这里有两个参数pwallet和true,分别表示当前钱包类和POS挖矿，我们看下这个函数头：

void BitcoinMiner(CWallet *pwallet, bool fProofOfStake)

【共识算法之POS挖矿】fProofOfStake表示当前是否是POS挖矿,大家有源码的可以看到其实点点币汇合了比特币的POW和POS两种挖矿方式，启动后默认是POS,因为这个参数启动的时候传的参数是true.
BitcoinMiner包含了POW和POS两种挖矿方式，我们这里主要介绍POS的挖矿方式；POS挖矿也是从新建区块开始的CreateNewBlock(); 这里我们要介绍一个新概念：Coinstake

为了实现POS，PPC专门设计了一种特殊的交易，叫Coinstake，Coinstake的设计借鉴于中本聪的Coinbase设计。本质上Coinbase和Coinsake都是一笔交易，只是对他们的输入输出做了一些硬性限制。比特币规定每个区块的第一笔交易必须放置Coinbase，反之，Coinbase不能出现在区块的其他位置，为了不破坏这个规则，PPC把第二笔交易称为 Coinstake 。反之，Coinstake不能出现在其他地方。换言之，只要第二笔交易是Coinstake，那么这个区块就当POS区块来处理。

现在我们进入CreateNewBlock()看看里面的代码，其实大部分是和比特币是一样的：

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新建一个区块模板

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创建coinStake 在这里代码里我们可以看到创建CoinStake的条件是创建此交易的时间要大于上次创建交易的时间（nSearchTime > nLastCoinStakeSearchTime) 因为nLastCoinStakeSearchTime是静态类型的，此变量只会初始化一次，这样就可以计算两次之间的时间差了。创建CoinStake的函数在钱包类wallet.cpp中的CreateCoinStake（const CKeyStore& keystore, unsigned int nBits, int64 nSearchInterval, CTransaction& txNew),参数分别为钱包公钥类，挖矿难度值，挖矿间隔，交易对象。

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创建交易

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循环挖矿这里我借用了POW挖矿的概念，其实POS虽然有类似的计算过程，但是可以看到这里不是一个一直挖矿的死循环，是有间隔限制的，这个间隔是上次的时间和这次挖矿时间差，并且不能大于60秒。这里和进行挖矿成功的判断的函数是CheckStakeKernelHash函数。我们现在进入这个函数做了些什么事情。这进入之前我们介绍一个新的概念：Kernel;
我们已经知道了在POS区块中，第一个交易还叫CoinBase,是为了不破坏之前的规则，第二个交易叫Coinstake,是为了表示这个区块是POS区块，那Coinstake的第一个交易输入就叫Kernel。所以我们在POS挖矿中就是在找这个Kernel。
现在我们就看下CheckStakeKernelHash是怎么查找Kernel的。这个函数就在Kernel.cpp中。
我们先看下是如何传参的，我们要特别注意的是第6个参数，是交易的时间减去过去的秒数。txNew.nTime - n; 这样就可以较精确的计算股权收益了。

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调用CheckStakeKernelHash

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计算哈希值和权益调节器这里我们看到一个变量：nStakeModifier ，可以看到如果是V03协议，则哈希值的第一个数据是nStakeModifier，否则是nBits；nStakeModifier的获取就是调用GetKernelStakeModifer进行赋值获取的。

nStakeModifier：专门为POS设计的调节器，如果没有这个数据则当一个人收到一笔币得到网络确认之后，他立即就能提前计算得知自己在未来何时可以锻造区块，这显然不符合设计目标，Sunny King希望POS矿工和POW矿工一样做盲目探索，以实时在线维护区块链，nStakeModifier的设计就是为了防止POS矿工提前计算。nStakeModifier可以理解为POS区块的一个属性，每一个区块对应一个nStakeModifier值，但nStakeModifier并不是每个区块都变动，不过协议规定每隔一定时间（Modifier Interval）必须重新计算一次，取值与前一个nStakeModifier以及最新区块哈希值有关，因此POS矿工无法提前计算，因为他不知道未来的区块哈希值。

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看到这里我们终于看到了POS挖矿的真正面纱，其实POS挖矿就是根据余额和持有的时间进行挖矿。其公式为：

Target * Balance >F(Timestamp)

与POW相比，公式右边的搜索空间由Nonce变为Timestamp，Nonce值域是无限的，而Timestamp极其有限，一个合格区块的区块时间必须在前一个区块时间的规定范围之内，时间太早或者太超前的区块都不会被其他节点接纳。公式左边的目标值引入一个乘积因子余额，可见余额越大，整体目标值（Target* Balance）越大，越容易找到一个区块。因为Timestamp有限，POS铸造区块成功率主要与Balance有关。
最后在PPC（点点币）中的公式则为：