这篇文章带来ECE111第十节课的Slides以及自己的一些补充。
该课程的网站如下：
https://link.zhihu.com/?target=http%3A//cwcserv.ucsd.edu/~billlin/classes/ECE111/index.php
最近由于工作比较忙加上有点杂事，一直没有更新。SHA256的代码我已经写完了，目前在优化，相关的文章讲解代码也正在写。请大家稍微等待一段时间。
这节课的内容是SHA256的升级，比特币中的加密。实际上用的仍然是SHA256。关于这个内容，也有相关的Project，跟SHA256区别不大，我就不再单独进行代码实现了。读者如果理解了SHA256应该可以很轻松地自行写出来。接下来让我们进入主题：
所谓的区块链是一个不断增长的全网总账本，区块链是一个一个的区块构成的有序链表，每一个区块都记录了一系列的交易，并且每个区块都指向前面一个区块，从而形成一个链表。
每个区块都有一个唯一的哈希标志，同时区块通过记录上一个区块的哈希来指向上一个区块。
比特币的每一个区块都有一个header，header中存储了很多项关于区块的关键信息，主要包含以下几项：
- Version，区块的版本号。
- 之前一个区块的header哈希
- Merkle根哈希。用来确保该区块的所有交易记录无法被篡改。由于这个哈希是由区块中包含的所有交易的哈希值运算得出的，如果有人篡改了任何交易，这个哈希值就会变化。header 中保留了这个值意味着只要 header 安全了，整个区块就安全了，这解释了为何计算 nouce 的时候，只需要计算 header 的哈希，而忽略区块主体数据。至于更详细的解释，请参考这篇文章：区块链原理
- 时间，精确到秒
- 压缩格式的target值
- Nonce，一个32bit的数据
我们对整个header进行哈希运算，运算的过程中，Nonce会逐渐增加，直到找到能够使区块哈希小于target的nonce。target和SHA256的结果都是256bit。
如图所示，比特币哈希可以分为两次运算。之所以分两次，是为了缓解长度扩展攻击（具体原理我也不懂）。
第一次是将上述的header，共640bit扩展成1024bit。即两个Block，完成第一次SHA256运算。然后将运算得到的结果共256bit扩展成512bit再进行一次SHA256运算。用运算表达式表达即为 ���ℎ(���ℎ(ℎ�����))
通过持续增加Nonce，直到计算得到的哈希值小于target。
之所以这么做，是因为哈希运算的值是没有具体规律的，仅仅改变输入值的某一个比特，输出值叶可能千差万别。因此这种运算要求前缀全部是0，挖矿的人必须进行大规模的运算才能达到该目标。没有特定的输入技巧
题目的要求比较简单，只需要运算16组header即可。nonce从0一直递增到15。同时也不用检查输出的结果是否小于taget。
一个比较关键的优化点，由于输入的header是640bit，扩展成1024bit则为两个Block。对于不同的nonce而言，第一个512bit是一样的，因此对于这一部分而言，只需要计算一次即可。
我们总共可以划分为三个阶段
- 阶段一：先对第一个block进行SHA256运算。初始的H0~H7为固定值，Wt和这个固定的512bit相关。
- 阶段二：初始的H0~H7为第一个Block的运算结果最终值。Wt和第二个Block的512bit相关，这512bit为剩余的96bit固定，32bit的nonce，填充1bit的1,63bit的0，再填充32'd640（原始数据长度）
- 阶段三：计算第二次SHA256。初始的H0~H7为固定值，Wt为阶段二运算得到的H0~H7,1bit的1,223bit的0,32'd256。
需要注意的是，阶段一和阶段二是一次SHA256运算，不是两次！只不过有两个block而已。区别是不是同一次SHA256运算，关键在于H0~H7有没有初始化。
最终我们完成16个header的运算，题目只要求我们写回第一个header的运算值
