比特币之所以能成功，工作量证明与奖励机制的巧妙设计功不可没，到底是什么样的设计，让比特币开启了加密货币的时代？

什么是工作量证明

首先，我们先来看看什么是工作量证明：

工作量证明（Proof-of-Work，PoW）是一种对应服务与资源滥用、或是阻断服务攻击的经济对策。一般是要求使用者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、装置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。此一概念最早由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。现时此一技术成为了加密货币的主流共识机制之一，如比特币所采用的技术。– 维基百科

简单来说，就是要使用者付出成本来得到相对应的工作量证明；举个例子，如果想成为律师、医师还是救生员，你必须有相关的执照，这个执照会花费你相当多的成本，大概是这样的概念。

而在比特币系统中，工作量证明可以浓缩成两句话：谁的算力大，谁说话算话，付出较多的算力就能获得相对应的工作量证明，我们稍后会再提及这点。

工作量证明解决的问题

让我们先思考一下，如果今天我们要创造比特币，而我们认为未来将会有很多人加入成为比特币网路节点，这时候有哪些问题会产生：

• 哪个节点可以创造区块？
• 如何保持公平性？
• 怎么防止女巫攻击？

于是如我们今日所见，中本聪利用工作量证明的方式解决了这三个问题。

他设计要求节点，只有提出工作量证明才能够（或是说有权力）发表新的区块，并订定清楚的规则，一定程度的保持了各节点之间的公平性。

另外，因为提出工作量证明需消耗时间、设备等成本，也就让人难以随便创造千万个节点来控制网路，防止了女巫攻击。

比特币的工作量证明方式

比特币使用的工作量证明方式，是要求节点解决一个谜题：Hash Puzzle。

规则是这样的，节点要找到一个「常数」，当我们把这个常数与整个区块，丢进SHA-256算法计算，得出的Hash值落在目标区间内的时候，就是成功解开了这个谜题。

这个节点付出算力，计算并找寻「常数」，试图解开谜题的过程，就是所谓的「挖矿」。

这样的工作量证明方式有三种特性：

• 找到这个常数有一定的难度，所以只有少数使用者能成为节点
• 各个节点的算力/全网算力，便是各个节点找到下一块区块的机率
• 演算法容易验证，只要某节点一提供常数，其他节点马上就能验证是否正确

奖励机制

人们为什么有要耗费设备、金钱、时间去挖矿呢？因为可以获得比特币奖励。

我们先非常简略的说一下挖矿的原理：矿工（也就是节点）们把比特币网路上那些尚未确认的交易打包进区块，接着便开始算数学解谜，若是成功解开，便可以把区块广播至全网，供其他节点认证。

矿工可以获得的奖励有两种形式：

一、创造区块奖励

英文是Block Reward，它的原理很简单，就是每一个区块被创造的时候，创造者有权力进行以下的行为：

• 在区块的交易列表中包含一笔coin-creation
• 选择这笔coin-creation的接收地址（当然，照理来说会填自己的地址）

coin-creation可以称之为比特币的「发行」，目前2019年每个区块可以产生12.5个比特币；因为总额数量有限，所以Block Reward大约四年作用会减半一次。

二、交易手续费

除了创造区块奖励，矿工还有另外一项奖励：区块中包含的交易手续费。

记得前面提过，矿工会把未确认的交易打包进自己的区块吗？若是最后矿工成功解开谜题，且区块被验证成功上链，那么区块中那些交易的手续费便会成为矿工的奖励。

奖励机制巧妙的设计

如果要让比特币「发行」的交易有效，必须让包含那笔交易的区块成功出现在最长链上，那么，节点必须诚实的打包交易、诚实的发布可以让其他人成功验证的区块，才有可能成功。

也就是说，若是节点恶意去打包双花交易，或是试图进行其他恶意的行为，它便无法获得发行的区块奖励，等于做白工。

因此，比特币的奖励机制，巧妙的达到只奖励诚实节点的目的。

神奇三角

比特币还有一个非常神奇的特性，让我们先想想几个问题：

一、我们怎么保证区块链的安全性？

首先我们需要一定数量诚实的矿工，假设今天只有一个矿工，一切他说了算，那这绝对不是个安全的区块链，也就是说，我们需要一个健全的挖矿系统。

二、那么我们要怎么创建健全的挖矿系统？

需要利用上面提过的奖励机制，让人们们为了获得「有价值」的比特币而成为挖矿节点，并为了得到奖励而表现诚实。

三、我们要如何让比特币有价值？

比特币要有价值，必须让人们相信这是一个安全的、去中心化的、稳定的区块链，不受私人操控，而且价值产生来源于共识，所以要有庞大的共识为支撑。

让我们整理一下这三点：

• 区块链的安全性
• 健全的挖矿系统
• 比特币的价值

发现了吗？这三项特性中，每一项之所以存在都是依赖于另外两项；那么比特币到底是怎么从这一切都不存在，变成如今三项都完整存在的呢？

这个问题没有标准答案。事实上，现在所有发行山寨币的项目方，都努力的用不同的方法试着达成这样的目标；而这也是那些比特币信仰者们，拥有信心的一大原因。

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