工作量证明(PoW) 是一种向加密货币区块链添加新交易区块的形式。在这种情况下，工作是产生与目前区块的目标杂凑相符的杂凑（一长串字元）。执行此操作的加密货币矿工将赢得将该区块添加到区块链并获得奖励的权利。

加密货币始于工作量证明，因为它是第一个加密货币比特币（BTC）使用的就是POW 机制，它以其安全性而闻名，但也因其效率低下和对环境的严重影响而闻名。这也足以看出工作量证明机制的重要之处。

本篇文章将会为你介绍工作量证明（POW）的相关知识，希望对你有所帮助。

工作量证明的历史

在详细介绍工作量证明前，我们可以先看看其历史起源。

工作量证明（PoW）的起源可以追溯到1993 年，当时Cynthia Dwork 和Moni Naor 正在寻找一种解决方案来阻止垃圾邮件和DoS 攻击。他们关于透过处理定价的论文概述了工作量证明的基础知识。

1997 年，Adam Black 将他们的想法整合到了Hashcash 中。他的演算法要求寄件者在电子邮件中包含计算成本较高的字串，从而使垃圾邮件发送者难以发送大量电子邮件。

垃圾邮件的解决方案本质上是增加发送单封电子邮件的成本。这个实验证明你可以使用计算难度来表示线上事物的价值。这启发了其他人，看看他们是否可以使用相同的想法来制作现金的数字表示。

这个想法再次出现在尼克·萨博所谓的「收藏品理论」和论文「掏钱：金钱的起源」中。

2004 年，这些想法启发Hal Finney 创建了一个版本，称为可重复使用工作量证明。 2009 年，中本聪为比特币创建了著名的工作量证明共识机制。这是第一个去中心化的实施，解决了双重支出问题，并使比特币成为第一个成功的数字现金形式。

工作量证明是什么？

工作量证明（POW）是基于区块链的演算法，是一种用于确认和记录加密货币交易的共识机制。

大多数数字货币都有一个中央实体或领导者来跟踪每个使用者以及他们拥有多少钱。但是为了实现去中心化，像比特币这样的加密货币并没有这样的领导者负责，因此，需要工作量证明等共识机制来确认和记录交易。

更具体地说，工作量证明解决了「双重支出问题」，如果没有领导者负责，这个问题更难解决。如果使用者可以双花他们的硬币，这会膨胀整体供应，贬低其他人的硬币，使货币不可预测和毫无价值。双重支出是在线交易的一个问题，因为数字操作非常容易复制，这使得复制和粘贴档或向多个人发送电子邮件变得微不足道。

工作量证明使数字货币翻倍变得非常非常困难。这听起来很像：「证明」某人已经进行了大量的计算。

而之所以称之为「工作量证明」，是因为网络需要大量的处理能力。工作量证明区块链由世界各地竞相成为第一个解决数学难题的虚拟矿工来保护和验证。获胜者可以使用最新的经过验证的交易更新区块链，并获得网络奖励预定数量的加密货币。

工作量证明是如何运作的？

每种加密货币都有一个区块链，它是由交易区块组成的公共分类帐。对于工作量证明加密货币，每个交易区块都有一个特定的杂凑。为了确认该区块，加密货币矿工必须产生小于或等于该区块的目标哈希值。

为了实现这一目标，矿工使用快速产生计算的挖矿设备。

加密货币中的工作量证明之所以运作良好，是因为找到目标哈希很困难，但要验证它并不困难。这个过程非常困难，足以防止交易记录被操纵。同时，一旦找到目标哈希，其他矿工就很容易检查它。

以比特币为例，我们可以看看该加密货币是如何使用工作量证明来维护其区块链完整性的：

当比特币交易发生时，它们会经过安全验证并被分组到一个区块中进行开采。然后，比特币的工作量证明演算法会产生该区块的哈希值。比特币使用的演算法称为SHA-256，它总是产生64 个字元的哈希值。

矿工们竞相成为第一个产生低于区块哈希值的目标哈希值的人。获胜者可以将最新的交易区块添加到比特币的区块链中。他们还以新铸造的硬币和交易费的形式获得比特币奖励。比特币的固定最大供应量为2,100 万枚，但在此之后，矿工将继续为其服务收取交易费用。

比特币使用的工作量证明演算法旨在每10 分钟添加一个新区块。为此，它根据矿工添加区块的速度来调整挖掘比特币的难度。如果挖掘发生得太快，哈希计算就会变得更加困难。如果进展太慢，他们就会变得更容易。

工作量证明和挖矿

工作量证明与挖矿紧密相连。 PoW 定义了矿工透过产生与区块目标匹配的哈希值向同行显示他们已执行所需计算的确切过程。另一方面，挖矿的重点是向区块链添加新的区块并获得相关的硬币奖励。

比特币交易的处理方式可以让我们清楚地了解PoW 和挖矿之间的关系。比特币网络上的所有用户交易最终都会进入记忆体池（mempool），矿工从中选择交易以添加到下一个比特币区块。每个矿工都参加为比特币区块链创建新区块的竞赛，从记忆体池中挑选几笔交易并将它们捆绑到候选区块中。

然而，在候选区块被接受为有效之前，矿工必须执行计算，产生低于比特币工作量证明演算法设定的目标的哈希值。第一个为其候选区块生成匹配哈希的矿工将其广播给其他矿工，其他矿工可以轻松验证和验证其对区块链记录的添加。

成功的矿工在区块链中添加了一个新的有效区块后，将获得区块奖励和相关的交易费用。因此，当挖掘下一个区块的竞赛开始时，比特币区块链的高度就会成长。

为什么工作量证明很重要？

出于多种原因，工作量证明演算法至关重要。最引人注目的是，它为网络参与者提供了一种安全且去中心化的机制，以维护区块链帐本的完整性。 PoW 激励世界各地的矿工花费运算能力来验证区块，从而填补了通常由银行等中央实体扮演的角色。

PoW 的另一个主要好处是它可以规范新货币的创建。就比特币而言，演算法包括挖矿难度调整，以稳定矿工产生新区块的速率。比特币的程式码指定了每个区块10 分钟的目标，该演算法旨在如果哈希率增长到矿工生产区块的速度快于平均水平的程度，则增加找到新区块哈希的难度。

如果没有与PoW 相关的挖矿难度调整，矿工耗尽BTC 供应的速度可能会快于永续经济所需的速度。此外，随着PoW 链上网络算力的成长，不良行为者攻击系统变得不切实际。

Braiins 的一项研究显示，透过实体算力攻击比特币网络的保守成本为55 亿美元。然而，这样的操作在现实世界中执行是不切实际的，因为成本攻击超过了任何感知到的好处。除此之外，潜在的攻击者可以立即因为诚实行事并为比特币贡献算力而获得奖励。

工作量证明与权益证明的差异

工作量证明是第一个加密货币共识机制。 2012 年，随着Peercoin ( PPC ) 的推出，另一个替代方案——权益证明(PoS ) 出现了。它根据交易验证器在网络中质押或锁定的代币数量来选择交易验证器。

比特币的最大竞争对手以太坊一直在其区块链上使用工作量证明，直到2022 年9 月才实现了备受期待的向权益证明的过渡。透过下表，我们可以更清楚这两者的一些主要差异：

由于权益证明不需要与工作证明一样多的运算能力，因此它更具可扩展性。它可以以更低的费用和更少的能源消耗更快地处理交易，使权益证明加密货币更环保。由于不需要昂贵的硬件，因此开始抵押加密货币也比挖矿容易得多。

然而，从安全角度来看，工作量证明更加安全可靠。权益证明的一个潜在问题是，拥有大量加密货币的各方可能拥有过多的权力，而这是工作量证明所不存在的问题。

工作量证明的优点和缺点

了解了两大共识机制的差异后，接下来，让我们来看看工作量证明的最大优点和缺点：

作为区块链最早的共识模型，工作量证明系统的优缺点只有随着产业的成熟才变得明显。尽管出现了新的创新，但PoW 仍然是在公共区块链上达成共识的最成熟、最经过时间考验的方法。

工作量证明代币有哪些？

工作量证明（PoW）不仅仅是第一个共识机制，也是采用率最高的共识机制。目前，超过60% 的加密货币使用工作量证明演算法。然而，实施共识模型的最有价值的网络如下：

• 比特币（BTC）：该网络是世界上最安全和去中心化的PoW 系统。比特币的成功主要归功于中本聪巧妙的PoW 工程，它不仅安全，还为网络参与者提供了永续的经济。
• 莱特币（LTC）：莱特币于2011 年作为比特币分叉推出，复制了传统网络的各个方面，例如其PoW 共识模型。莱特币通常被称为比特币黄金中的白银，并且仍然是市值最高的加密资产之一。
• 狗狗币（DOGE）：受Meme 启发的加密货币狗狗币于2013 年推出，采用PoW 技术，其根源可追溯到莱特币。狗狗币和莱特币可以实现更快的交易，但通常不如比特币安全。
• 门罗币（XMR）：门罗币是一种注重隐私的加密货币，它实现了工作量证明演算法。其独特的功能，包括环签名和隐形位址，使得追踪区块链上的交易变得困难。门罗币的工作量证明演算法被设计为抗ASIC，这意味着它更适合个人矿工而不是大型采矿作业。
• 比特币现金（BCH）：比特币现金是一种加密货币，是由于比特币区块链硬分叉而于2017 年创建的。它采用工作量证明共识演算法，类似比特币。比特币现金旨在透过将区块大小限制增加至32 MB 来提高比特币的可扩展性和交易速度。然而，由于其网络中少数矿池占据主导地位，它面临中心化的批评。

工作量证明的未来如何？

工作量证明将区块链引入了世界。矿工们在一场永无止境的竞赛中竞争以生产新区块并收集相关奖励，从而使不良行为者越来越难以危害网络。这种新颖的共识机制透过激励运算能力的使用来保护底层帐本的完整性，从而提供了无与伦比的安全性。

PoW 共识演算法旨在透过使用难度调整实现来调节代币的发行，从而提供稳定的经济。由于矿工无法透过累积更多代币来自动增加其在网络上的持有量或股份，因此代币的供应分配更加有效。

传统共识模型继续占据公共区块链最大的市场份额，并且可能始终是在去中心化网络之间建立共识的最安全的选择。

总结

工作量证明是许多加密货币用来验证区块链上的交易并奖励参与网络的代币的共识机制。这是一个竞争过程，使用公开的交易资讯来尝试产生小于该挖掘周期的网络目标的十六进位数字。

尽管更多新的共识机制出现，但POW 机制仍是去中心化网络之间建立共识的最安全的选择。

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