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區(qū)塊鏈技術(shù)科普：什么是工作證明(PoW)？PoW如何運(yùn)作？

2024-09-07 14:38:10 | 來源： | 作者：佚名
工作證明是一個利用計算能力來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)、處理交易和為區(qū)塊鏈添加新區(qū)塊的系統(tǒng),它是加密貨幣中最受歡迎的共識機(jī)制，在比特幣中使用最為突出

人們通常通過比特幣的中本聰共識來理解區(qū)塊鏈。但為了進(jìn)一步了解工作量證明，必須仔細(xì)研究可持續(xù)的 PoW 實(shí)現(xiàn)。

工作量證明（通?？s寫為 PoW）是一種用于防止 51% 攻擊或雙重支付的共識算法。比特幣等加密貨幣使用 PoW 共識來確認(rèn)交易并生成添加到鏈中的新區(qū)塊。使用 PoW，礦工們競相在網(wǎng)絡(luò)上完成交易，以換取對其速度和準(zhǔn)確性的獎勵。

礦工使用計算機(jī)解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，以驗(yàn)證交易并為區(qū)塊鏈添加新區(qū)塊。工作量證明（PoW） 是加密貨幣中最常見的共識算法。自2009 年成立以來，比特幣一直被比特幣使用。

什么是工作證明（PoW）？

工作證明是業(yè)界迄今為止最受歡迎的共識機(jī)制。它可幫助區(qū)塊鏈同步區(qū)塊并保持安全，同時確定區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中哪個節(jié)點(diǎn)可以添加下一個區(qū)塊。工作證明需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)透過解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題來“工作”，即展示其工作證明。第一個解決問題并驗(yàn)證交易的節(jié)點(diǎn)將獲得加密貨幣獎勵。

工作證明（PoW） 如何運(yùn)作

正如Nathaniel Popper 在其著作Digital Gold 中所解釋的那樣，解決在網(wǎng)絡(luò)中添加區(qū)塊的數(shù)學(xué)問題的過程被稱為挖礦。Popper 明確表示，所需的資源和能源與實(shí)際開采貴金屬的過程具有數(shù)字等同性。

如上所述，工作證明網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)- 或礦工- 正在爭奪復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，第一個礦工將解決問題并驗(yàn)證交易是否獲得加密貨幣獎勵。工作證明還用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和處理交易。比特幣是最受歡迎的加密貨幣，它使用PoW。

工作量證明如何應(yīng)用于區(qū)塊鏈？

區(qū)塊鏈工作量證明共識算法是最古老的共識機(jī)制，也是最流行的算法。當(dāng)然，有很多原因可能促成了它的流行。但它聲譽(yù)的主要原因是它能夠在去中心化的生態(tài)系統(tǒng)中促進(jìn)誠實(shí)。雖然可能還有其他算法，但 PoW 仍然可以持續(xù)實(shí)現(xiàn) 拜占庭容錯 (BFT) 目標(biāo)。 

要完全理解 BFT 的含義，它是一種能夠承受拜占庭將軍問題相關(guān)故障的系統(tǒng)。這意味著網(wǎng)絡(luò)可以避免某些節(jié)點(diǎn)（或礦工）試圖違反·共識的情況。借助 BFT 特性，PoW 算法的工作方式是，節(jié)點(diǎn)可以通過解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題來驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊。

而第一個得到數(shù)學(xué)問題答案的人將獲得共識許可，選擇一個區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中。作為交換，成功的節(jié)點(diǎn)將獲得代幣作為獎勵。例如，在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，獎勵以 BTC 為單位。

最終，PoW共識創(chuàng)造了一個相對健康、透明的封閉經(jīng)濟(jì)。主要是為了鼓勵用戶繼續(xù)維持生態(tài)系統(tǒng)。

PoW涉及哪些數(shù)學(xué)問題？

這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題涉及各種不常見的算術(shù)難題。此外，這些問題需要大量的計算能力才能解決。

它涉及從拜占庭通用問題到復(fù)雜的哈希函數(shù)。例如：

  • 哈希 函數(shù) 涉及通過輸入生成具有特定長度的隨機(jī)輸出的過程。而哈希是一個數(shù)值（或目標(biāo)），決定誰能準(zhǔn)確地挖掘出區(qū)塊。
  • 解決 整數(shù)因式分解 ，包括將合數(shù)分解為更小的整數(shù)，并結(jié)合素數(shù)限制和乘法。
  • 它充當(dāng) 應(yīng)急拼圖協(xié)議， 以在需要定義順序的 DoS 攻擊中保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。它不是解決函數(shù)問題，而是尋找根本原因。

因此，每次成功驗(yàn)證一個區(qū)塊，都會給予獎勵以補(bǔ)償付出的努力。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可擴(kuò)展性和安全性是主要挑戰(zhàn)。哈希算力與謎題的復(fù)雜性同步增長。因此，引入了權(quán)益證明來抵消工作量證明的缺陷。

誰創(chuàng)立了工作量證明？

PoW共識在比特幣網(wǎng)絡(luò)發(fā)明之前就已經(jīng)存在，PoW算法最早出現(xiàn)于1993年，當(dāng)時Moni Naor和Cynthia Dwork發(fā)表了一篇關(guān)于如何阻止DoS攻擊的文章，主要討論了該算法在防止欺詐方面的潛力以及其長期可持續(xù)性。

在 Satoshi Nakamoto 公開談?wù)摫忍貛艆^(qū)塊鏈中的 PoW 算法之前，計算機(jī)科學(xué)家和密碼活動家 Hal Finney（Harold Thomas Finney II）于 2004 年推出了另一個系統(tǒng)，稱為 RPoW，即可重復(fù)使用的工作量證明。該系統(tǒng)通過接收不可交換或不可替代的基于 Hashcash 的工作量證明代幣來工作。作為回報，創(chuàng)建了一個 RSA 簽名的代幣，然后可以在人與人之間轉(zhuǎn)移。 

工作量證明算法的另一個早期例子是 Adam Back 的 HashCash。它要求發(fā)件人在發(fā)送電子郵件之前執(zhí)行少量計算。因此，接收者可以減少垃圾郵件。 

PoW 與比特幣的中本聰共識有何關(guān)系？

PoW 采用一種模型，其中節(jié)點(diǎn)解決數(shù)學(xué)難題以生成添加到網(wǎng)絡(luò)的下一個塊。生成下一個塊的區(qū)塊領(lǐng)導(dǎo)者以類似抽獎的形式選出，這與他們?yōu)樵撨^程貢獻(xiàn)的計算（即哈希）能力直接相關(guān)。PoW 共識模型有兩個主要參與者： 礦工和全節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商。 

礦工

參與計算的節(jié)點(diǎn)稱為礦工，解決問題的過程稱為挖礦。礦工社區(qū)需要完成大量工作來解決每個連續(xù)的問題。一旦一個節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了一個區(qū)塊，PoW 就可以輕松地讓其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證導(dǎo)致解決方案的過程。

節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)需要花費(fèi)時間進(jìn)行繁瑣的計算。因此，該過程會消耗大量電力，這對環(huán)境有害。網(wǎng)絡(luò)中的去中心化節(jié)點(diǎn)必須使用單個礦工的工作量證明機(jī)制來驗(yàn)證“挖掘”以獲得獎勵的區(qū)塊鏈加密貨幣。

驗(yàn)證者

基于加密證明和比特幣的共識規(guī)則，全節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的最終驗(yàn)證者。全節(jié)點(diǎn)客戶端也可以是礦工，并拒絕網(wǎng)絡(luò)上的無效區(qū)塊和交易。在工作量證明共識機(jī)制下，驗(yàn)證者在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中批準(zhǔn)交易平均需要 40 到 60 分鐘。

PoW 有多安全？

工作量證明算法非常安全，因?yàn)樗梢缘钟?BFT。此外，它的運(yùn)作方式使其更加安全。此外，每個塊的哈希值都包含前一個塊的哈希值；這增加了安全性并防止了工作量證明區(qū)塊鏈上的任何塊違規(guī)行為。 

要更改一個區(qū)塊，礦工需要創(chuàng)建一個與前一個區(qū)塊相同的新區(qū)塊。這需要重新生成所有后繼區(qū)塊并重做它們所持有的工作。因此，區(qū)塊鏈可以避免安全篡改。

PoW 的優(yōu)缺點(diǎn) 

優(yōu)點(diǎn)

  • 遠(yuǎn)離 DDoS 攻擊。
  • 公平透明。
  • 礦工持有的加密貨幣比例低的影響。
  • 激發(fā)公眾對維護(hù)健康網(wǎng)絡(luò)的興趣。

缺點(diǎn)

  • 購買計算機(jī)專業(yè)設(shè)備、外圍設(shè)備和電源的成本很高。
  • 它們是非常復(fù)雜的謎題，在教育或日常任務(wù)中沒有增加價值，僅對驗(yàn)證區(qū)塊有用。
  • 它使區(qū)塊鏈更加集中化，而不是去中心化。
  • 由于回報不再具有吸引力，挖礦將會逐漸消失。

哪些貨幣使用工作量證明？

比特幣仍然是使用 PoW 共識的最受歡迎的貨幣。然而，還有很多其他貨幣也使用這種算法。雖然在減半之前，比特幣仍然有利可圖。但許多礦工現(xiàn)在正在尋找替代方案，因?yàn)殚_采區(qū)塊的成本越來越高，難度也越來越大。

自然而然，每個人都開始問哪種 加密貨幣最適合 挖礦。以下是我們的發(fā)現(xiàn)： 

萊特幣： 與比特幣類似，萊特幣也采用隔離見證，通過從網(wǎng)絡(luò)中刪除數(shù)據(jù)來增加區(qū)塊大小限制。萊特幣與比特幣的不同之處在于其閃電般的交易速度和更低的成本。

DASH： 它以加密領(lǐng)域更快、更私密的交易而自豪。即時交易是礦工在 DASH 上投入時間的一大優(yōu)勢。

Monero： 這是另一種使用 PoW 共識的流行山寨幣。作為一種開源加密貨幣，Monero 專注于通過公共賬本實(shí)現(xiàn)可互換性、隱私性、透明度和去中心化。  

比特幣現(xiàn)金： 是比特幣網(wǎng)絡(luò)硬分叉產(chǎn)生的一種衍生山寨幣。盡管比特幣現(xiàn)金采用看似安全的共識機(jī)制 PoW，但它卻是51% 攻擊中受害最嚴(yán)重的受害者之一。   

ZCash： 與其他加密貨幣不同，它旨在通過匿名性提供隱私。Zcash 網(wǎng)絡(luò)使用與比特幣相同的工作量證明 SHA-256 哈希函數(shù)。

以太坊經(jīng)典： 盡管以太坊 2.0已轉(zhuǎn)向 PoS，但以太坊經(jīng)典仍在使用 PoW 共識來保護(hù)其網(wǎng)絡(luò)。然而，由于它只是一條少數(shù)鏈，因此以太坊經(jīng)典更容易受到 51% 攻擊并導(dǎo)致代幣雙重支付。  

權(quán)益證明比工作量證明更好嗎？ 

近年來，在加密領(lǐng)域，關(guān)于權(quán)益證明 (PoS) 的爭論愈演愈烈。在比較PoS 與 PoW時，許多專家認(rèn)為 PoS 無疑優(yōu)于 PoW。反對 PoW 的主要論點(diǎn)之一是它需要大量的計算能力，這非常耗能，會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。以比特幣為例；維護(hù)比特幣網(wǎng)絡(luò)所需的平均能源量比整個瑞士國家使用的能源量還要多。    

此外，PoW共識存在較高的中心化風(fēng)險，該共識在鏈上交易執(zhí)行的性能容量和可擴(kuò)展性方面都受到了質(zhì)疑。

總體來說，PoS 算法也為用戶提供了更好的經(jīng)濟(jì)利益（分紅），允許他們運(yùn)行主節(jié)點(diǎn)或?qū)欧湃胪蹲⒑椭鞔a平臺。從長遠(yuǎn)來看，它更公平，更可持續(xù)。 

質(zhì)押證明與工作證明有何區(qū)別？

質(zhì)押證明（PoS） 是工作證明（PoW） 的替代選擇。 PoS 不需要礦工來解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。相反，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)押或持有的加密貨幣數(shù)量，選擇節(jié)點(diǎn)來向區(qū)塊鏈添加新區(qū)塊。質(zhì)押證明比工作證明更節(jié)能，因?yàn)樗恍枰敲炊嗟挠嬎隳芰Α?/p>

以上就是區(qū)塊鏈技術(shù)科普：什么是工作證明(PoW)？PoW如何運(yùn)作？的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于工作證明的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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