
1) 节点监听全网数据记录,通过基本合法性验证的数据记录将进行暂存;
2) 节点消耗自身算力尝试不同的随机数(nonce),进行指定的哈希计算,并不断重复该过程直到找到合理的随机数,这一过程也被称为“挖矿”;
3) 找到合理的随机数后,生成区块信息(块头+块身);
4) 节点对外部广播出新产生的区块,其他节点验证通过后,连接至区块链中,主链高度加一,然后所有节点切换至新区块后继续进行下一轮挖矿。

比特币区块链就是通过足够大的工作量来求解数学难题来就“谁有权记账”达成共识。“矿工”在挖矿过程中会得到两种类型的奖励:创建新区块的新币奖励,以及区块中所包含交易的交易费用(交易双方为了交易被区块链尽早记录会提供给矿工一笔交易费用作为激励)。这种算法的竞争机制以及获胜者有权在区块链上进行交易记录的机制实际上分别解决了分布式记账以及记账权归属的问题。在比特币区块链中,这一过程还起到了货币发行的作用——目前每隔10分钟,就会有挖到新区块的矿工收到12.5个比特币的奖励。
尽管工作量证明机制解决了记账权归属问题,那么获得记账权的矿工有没有可能“作弊”,在构造的新区块中添加一些并不存在的交易呢?实际上,比特币区块链共识机制的重要环节是网络中的每个节点都会独立校验新区块,其中最重要的就是校验新区块中每一笔交易是否合法。如果没有通过验证,那么这个新区块将被拒绝,该矿工也就白白浪费了所有的电力和努力。
在工作量证明/POW机制中,所有参与POW竞赛的节点都将付出不小的经济成本(硬件、电力、维护等),而且每次只有一个节点“胜出”,也意味着其他节点的大量资源将被浪费。为了解决资源浪费问题,权益证明机制/POS在2013年被提出并最早在Peercoin系统中被实现。
权益证明类似现实生活中的股东机制,其出发点是:如果共识机制主要是用来证明谁在挖矿这件事情上投入最多,为何不简单直接地把挖矿“算力”按比例分配给当前所有的持币者?在工作量证明中,有更多算力的矿工会得到更多的投票权;在权益证明中,持有更多币(以及相应的时间)的矿工将获得更多的投票权。
在这种系统中,每个币就等于一张选票,持有币的人可以根据自己持有币的数量来投出自己信任的受托人,而受托人不一定需要拥有最多的系统资源。股份授权证明机制模仿了公司的董事会制度,能够让数字货币持有者将维护系统记账和安全的工作交给有能力有时间的人来专职从事该项工作。
受托人也可以通过记账来获得新币的奖励。相对于权益证明机制,股份授权证明的优势在于记账人数量大大缩小,并且轮流记账,可以提高系统的整体效率,理想环境下,DPOS能够实现每秒数十万笔的交易数量。
共识机制的选择对区块链性能(资源占用、处理速度等)有着较大的影响,同时也会决定区块链“去中心化”的程度。一般来说,区块链去中心化程度越高,其性能越弱。去中心化程度和效率在多数情况下难以兼顾。

在记账方面,区块链不需要依赖一个中心机构来负责记账,节点之间通过算力或者权益公平地争夺记账权,这种竞争机制实际上是区块链与传统数据库最大的主要区别之一。通过“全网见证”,所有交易信息会被“如实地记录”,而且这个账本将是唯一的。在传统复式记账中,每个机构仅保存与自己相关的账目,但往往花费大量的中后台成本进行对账与清算,这种低效的方式将被区块链彻底变革。
在存储方面,由于网络中的每一个节点都有一份区块链的完整副本,即使部分节点被攻击或者出错,也不会影响整个网络的正常运转。这使得区块链相比传统数据库具有更高的容错性和更低的服务器崩溃风险,同时由于每个节点都有一份副本也意味着所有的账目和信息都是公开透明、可以追溯的。所有参与者都可以查看历史账本、追溯每一笔交易,也有权公平竞争下一个区块的记账权,这是传统数据库无法做到的。
在区块链中伪造、篡改账目基本是不可能的,不可篡改也意味着数据的高度一致性和安全性,这是区块链与传统数据库的另一主要区别。
为什么区块链中的交易无法被伪造?首先,合法的交易需要私钥签名,否则无法被其他节点验证;其次,每一笔交易都是可回溯的,也就杜绝了无中生有的可能。
为什么区块链是不可篡改的?假如我们要篡改区块链中第k个区块的数据,那么当前区块的头哈希就会发生改变,由于哈希函数具有碰撞阻力,改变后的头哈希将无法与k+1区块的父哈希相匹配,篡改者需要继续修改k+1区块的父哈希,并一直修改之后每个区块。
这要求篡改者在同一时间同时入侵全球所有参与记录的节点并篡改数据,只有重新计算被更改区块后续的所有区块,并且追上网络中合法区块链的进度后,并把这个长的区块链分叉提交给网络中的其他节点,才有可能被认可。在很多情况下,产生一个新区块的难度不小,要连续产生多个区块组成新分叉的计算难度更是惊人。
在全网巨大算力的背景下,一个恶意节点要做到这点需要拥有至少全网51%的算力基础,由于区块链是一个分布式系统,大部分节点都是相互独立的,“51%攻击”在现实中很难发生。

《经济学人》曾在2015年10月刊的封面文章《信任的机器》中这样介绍区块链——“比特币背后的技术有可能改变经济运行的方式”。
在我们看来,分布式与不可篡改正是区块链被称为“信任机器”的原因所在——不可篡改意味着区块链总是“诚实”的,分布式意味着区块链总是“透明”的。而不论人与人之间的交往,抑或商业机构之间的交易,诚实和透明都是双方或多方互信的基石。区块链的“诚实”与“透明”,也让它被人们寄予厚望成为互联网的“信任机器”。