讀懂區塊鏈從比特幣的工作量證明PoW開始

读懂区块链，从比特币的工作量证明（PoW）开始

“在一个互不认识、没有中心、缺少互信的环境里，大家只需要在长的区块链上工作，就能保证系统信息的真实性，这就是“工作量证明”机制”——长江商学院副教授李洋如此评论工作量证明机制

1、什么是POW

工作量证明机制随着比特币价格的暴涨而广为人知，但是工作量证明这类理念却由来已久，这1概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年的学术论文提出，而工作量证明一词则是在1999年由Markus Jakobsson与Ari Juels所发表PoW要求用户进行一些耗时适当的复杂运算，并且答案能被服务方快速验算，以此耗用的时间、设备与能源做为担保成本，以确保服务与资源是被真正的需求所使用

2、POW机制如何运转

简要地说，POW机制在运转进程中，主要分为以下几个步骤：1）各节点独立记录全数据，并对数据进行初步验证、存储；2）各节点凭借自身算力尝试不同的随机数，规矩规则进行哈希计算，直至找到符合要求的随机数；3）找到合理的随机数后，生成区块信息，首先输入区块头信息，然后是数据记录信息；4）接单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面继续进行工作量证明和区块生产

3、POW和比特币

众所周知，比特币就是通过POW机制维护区块链的整体运行及其安全性验证节点通过随机的散列运算

，争夺比特币区块链的记账权，防止欺诈交易，避免“双重支付”，这1进程需要消耗电力和算力来完成因此，验证节点被形象的称为“矿工”，随机数计算查找进程称为“挖矿”每个比特币区块链中的区块都包括着一个由无意义数据构成的短字符串（称为随机数），找到一个适合的随机数唯一已知的方法是不停地随机摸索直到搜索到一个有效的数比特币的POW中，平均每10分钟有一个节点找到一个区块

比特币挖矿也经历了由个人电脑（CPU）到GPU到专业矿机再到联合矿池的发展历程，在这其中，挖矿难度和算力水平都有了相当的提高从上图可以看出，目前比特币的挖矿工作已经由几大矿池所瓜分，全算力维持在51.34 EH/s上下

4、POW下的挖矿有何意义

在比特币等数字货币的挖矿过程中，可以实现以下三个功能：一是发行新的货币；2是维系系统的支付功能；三是通过算力保障系统安全首先，挖矿消耗资源将黄金注入流通经济，比特币通过“挖矿”完成相同的事情，只不过消耗的是 CPU 时间与电力，比特币的可观收益，也是吸引众多矿机、矿池积极加入的重要原因其次，挖矿用于产量调理，区块的产量为大约每两周2016个，即每10分钟一块第三，通过算力保障系统安全

5、POW面临的主要问题

目前POW最为人所诟病的主要有资源、电力浪费和算力过于集中两大问题由于POW机制下，矿工实际所做的大部分工作是寻找正确的随机数，而这一进程与数据记录无关，用来寻找随机数的能量和资源大多被白白浪费另外一点，现阶段大量的算力集中在比特大陆、蚂蚁矿池等几大机构手中，一方面算力难度不断提高使得个人矿工难以加入，另一方面算力的延续集中让人不免为潜伏的51%攻击可能给比特币络带来的威胁为担忧

除POW，也有不少区块链络采取了POS、DPOS、PBFT等共识算法，或将其中两种或多种算法相结合，在确保安全和提高效率和节约能源之间寻找一个平衡点，随着区块链技术的不断提升，我们相信在未来一定可以找到一个完善的解决办法

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