详解：什么是区块链工作量证明 (PoW)？

区块链通常通过比特币中本聪共识的棱镜来感知。但为了进一步了解什么是工作量证明，必须密切关注可持续 PoW 的实施。

工作量证明（通常缩写为 PoW）是一种共识算法，用于防止 51% 攻击或双重支出。像比特币这样的加密货币正在使用PoW共识来确认交易并生成添加到链中的新区块。矿工通过 PoW 竞相完成网络交易，以此换取速度和准确性奖励。

主要收获：

• 了解工作量证明的概念，以及如何将其用于保护区块链网络。
• 了解矿工实际解决的数学问题，以及这些计算对整个社会的影响。
• 使用工作证明共识，了解参与挖矿过程的人员。
• 了解哪些加密货币仍依赖工作证明，以及为什么以太坊选择硬分叉到以太坊 2.0。
• 全面了解为什么质押证明共识比工作证明更安全、更公平。

如何在区块链上应用工作证明？

区块链工作量证明共识算法是最古老的共识机制和最受欢迎的算法。当然，由于许多原因，它的受欢迎程度可能有所提高。但其声誉的主要理由是其能够在去中心化生态系统中促进诚实。尽管可能还有其他算法，但 PoW 仍可持续实现拜占庭容错 （BFT） 目标。 

为了充分理解 BFT 的意义，BFT 是一个能够抵御与 Byzantine Generals 问题相关的故障的系统。这意味着网络可以避免某些节点（或矿工）试图采取行动反对共识的情况。在 BFT 特性的帮助下，PoW 算法的工作方式使得节点可以通过解决复杂的数学问题来验证网络内的区块。

第一个获得数学问题解决方案的人获得了共识许可，可以选择将区块添加到区块链。作为交易所，成功节点将获得代币作为奖励。例如，在比特币网络中，奖励以 BTC 为单位。

最终，PoW 共识创造了一个相对健康和透明的封闭经济。主要是为了鼓励用户继续维持生态系统。

PoW 涉及哪些数学问题？

这些复杂的数学问题涉及多种罕见的算术并发症。最重要的是，这些问题需要充足的计算能力才能解决。

从拜占庭通用问题到复杂的哈希函数，一应俱全。例如：

• Ahash 功能涉及通过输入生成特定长度的随机输出的过程。虽然哈希值是一个数值（或目标），用于决定谁准确挖掘区块。
• 解决由合成数分解为较小整数以及质数限制和乘法组成的整数因子化问题。
• 该协议可作为应急拼图协议，在需要指定订单的 DoS 攻击中保护网络安全。与其解决某个职能，不如寻找根本原因。

因此，每成功验证一个区块，就会获得奖励来弥补工作量。然而，随着网络的发展，可扩展性和安全性是主要挑战。哈希能力的增长与拼图的复杂性相吻合。因此，引入质押证明是为了应对工作证明的缺陷。

谁创建了工作证明？

PoW共识是在比特币网络问世之前建立的。PoW算法于1993年推出，Mone Naor和Cynthia Dwork发表了一篇文章来阻止DoS攻击。本文主要讨论了该算法预防欺诈的潜力及其长期可持续性。

在 Satoshi Nakamoto 以比特币区块链中的 PoW 算法而闻名之前，计算机科学家和加密活动家 Hal Finney （Harold Thomas Finney II） 于 2004 年推出了另一种名为 RPoW 的系统，即可重复使用工作证明。系统通过接收不可兑换的或基于不可抵扣的 Hashcash 的工作证明代币来运作。作为回报，创建了一个 RSA 签名的代币，然后可以在个人间进行转移。 

工作证明算法的另一个早期例子是 Adam Back 的 HashCash。它要求发送方在发送电子邮件前执行少量计算。因此，接收者可以减少垃圾邮件。 

PoW 与比特币 Nakamoto 共识有何关联？

PoW 采用一种模型，让节点解决数学难题，生成添加到网络中的下一个区块。产生下一个区块的区块领导者将以类似于抽奖的格式进行选择，该格式直接对应于其为该过程贡献的计算能力（即哈希）。PoW 共识模型主要涉及两个参与者：矿工和全节点操作员。 

矿工

参与计算的节点称为矿工，解决问题的过程称为挖矿。矿工社区需要开展大量工作来解决每个连续问题。节点创建区块后，PoW 即可轻松验证导致解决方案的流程。

节点

节点需要花时间进行繁琐的计算。因此，该过程消耗了大量电力，这对环境有害。网络中的去中心化节点必须使用个人矿工的工作证明机制验证“挖矿”的区块链加密货币。

验证者

基于加密证明和比特币共识规则，全节点运营商是网络状态的最终验证者。完整节点客户端也可以是矿工，拒绝网络上的无效区块和交易。验证者在工作证明共识机制下在区块链网络中批准交易平均需要 40 分钟和 60 分钟。

PoW 的安全性如何？

工作量证明算法非常安全，因为它能够承受 BFT。此外，其运作方式使其更加安全。此外，每个区块的哈希值都包含前一个区块的哈希值；这提高了安全性，并防止了工作证明区块链上的任何区块违规。 

要更改区块，矿工需要使用相同的前身创建新区块。其中，需要重新生成所有继任者，并重新完成他们所持有的工作。因此，区块链可以避免安全篡改。

PoW 的利弊 

优势

• 远离 DDoS 攻击。
• 公平透明。
• 矿工持有的加密货币数量不足的影响。
• 鼓励公众对维护健康网络感兴趣。

弊端

• 购买专业设备、外设和电力的电脑成本高昂。
• 它们是非常复杂的难题，在教育或日常任务中不具有附加价值，而仅可用于验证区块。
• 这使得区块链更加中心化，反对去中心化。
• 挖矿将逐渐消失，因为奖励不再具有吸引力。

哪些代币正在使用工作证明？

比特币仍然是使用PoW共识的最热门代币。然而，还有许多其他代币使用该算法。尽管在减半期之前，比特币仍然有利可图。但许多矿工现在正在寻找替代方案，因为挖矿区块的成本更高，也更难挖矿。

当然，每个人都会开始问什么是最好的加密货币。下面是我们的调查结果： 

Litecoin：与比特币类似，Litecoin 也支持 SegWit，通过从网络中移除数据来增加区块大小限制。Litecoin与比特币的区别在于其以更低的成本实现闪电般的交易时间。

DASH：它在加密货币领域拥有更快、更私密的交易。瞬时交易是矿工投入 DASH 时间的加点。

Monero：这是另一种使用PoW共识的热门替代币。作为一种开源加密货币，Monero 专注于通过公共账本实现可替代性、隐私性、透明度和去中心化。

比特币现金：是比特币网络硬分叉的衍生山寨币。尽管它使用PoW，这似乎是一个安全的共识，但比特币现金是51%攻击的严重破坏受害者之一。  

ZCash：与任何加密货币不同，它旨在通过匿名方式提供隐私。Zcash 网络使用与比特币相同的工作量证明 SHA-256 哈希函数。

以太坊经典：尽管以太坊 2.0 即将登陆 PoS。以太坊 Classic 仍在使用 PoW 共识来保护其网络。然而，由于它只是一个少数族裔链，以太坊经典版更容易受到 51% 的攻击，导致代币的双重支出。

质押证明是否优于工作证明？ 

近年来，越来越多的争论支持加密货币领域的质押证明 （PoS）。在比较PoS与PoW时，许多专家认为PoS无疑优于PoW。PoW的主要论点之一是，它需要大量的计算能力，这非常耗能，会对环境产生负面影响。以比特币为例；维持比特币网络所需的平均能源量比整个瑞士国家使用的要多。 

此外，PoW 共识处于中心化高风险中。这一共识因其低性能容量和链上交易执行的可扩展性而受到仔细审查。

通常，PoS算法还为其用户提供了更好的经济效益（分拆），使他们能够运行主节点或在平台上投入代币进行下注和主代码。从长远来看，它更公平、更可持续。 

结语

作为最初的共识机制，PoW 融合了游戏理论激励、分布式计算、社会共识、市场经济学和加密证明。区块链技术让网络能够以安全、可持续、分布式的共识运作。

无论未来是否会有更多区块链流向 PoS，PoW 都标志着计算和游戏理论设计领域的重大创新。