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什么是PoW(工作量證明)？如何運作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機制？

2024-07-04 14:26:32 | 來源： | 作者：佚名

PoW(工作量證明)是區(qū)塊鏈領域最基本的一種共識機制，其思想啟發(fā)了后來的所有區(qū)塊鏈項目,那么，究竟什么是PoW(工作量證明)？如何運作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機制？下文將為大家詳細介紹

什么是PoW(工作量證明)？

PoW（Proof of Work）工作量證明是區(qū)塊鏈領域最基本的一種共識機制。早期的區(qū)塊鏈項目如比特幣、以太坊和萊特幣，都采用PoW共識機制來確保區(qū)塊鏈賬本的一致性與不可篡改特性。

PoW模式可以簡單理解為：所有網(wǎng)絡節(jié)點搶答同一個數(shù)學題目，誰先算出來，誰就擁有記賬權，并且能夠得到相應的記賬報酬（區(qū)塊鏈網(wǎng)絡新發(fā)行的加密貨幣）。

1993年，兩位密碼學先驅(qū)Cynthia Dwork和Moni Naor在一篇學術論文中最早提出了PoW的概念。2008年，中本聰選定PoW為比特幣的共識機制，隨著比特幣價格的增長，PoW機制所具有的力量也逐步為世人所看到。如今，PoW已成為了加密貨幣的主流共識機制之一。

2010年8月7日，中本聰在密碼朋克論壇上發(fā)帖稱：“工作量證明具有一種優(yōu)美的特性，那就是可以通過不受信任的中間人進行轉(zhuǎn)發(fā)。”工作量證明的實現(xiàn)需要消耗大量能量，但這也給予了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡抵御攻擊的強大能力。在工作量證明機制下若想欺騙區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，必須付出極大的代價。

工作量證明如何運作

為了使區(qū)塊鏈交易結果在一定時間內(nèi)達成一致（共識），PoW機制要求網(wǎng)絡節(jié)點參與一場爭奪記賬權和區(qū)塊獎勵的競賽。在工作量證明中，所謂的“工作”就是計算，算力在PoW機制起著決定性作用。

這種運算過程沒有捷徑可走，唯一的解題方法便是堆砌算力，以“碰撞”（猜測）的方式一次次嘗試，最終試出唯一的正確答案。一旦得出正確結果，這一結果便能以廣播的方式迅速被所有網(wǎng)絡節(jié)點驗算，此區(qū)塊上的交易也被整個網(wǎng)絡驗證。接著，整個網(wǎng)絡又進入下一輪記賬競爭中。這一過程稱為“挖礦”。

雖然每輪記賬競賽只有一個節(jié)點能夠獲得計算獎勵，由于每輪計算之間彼此獨立，最終的記賬權和獎勵之爭演化為了單純的算力之爭。一個節(jié)點所控制的算力規(guī)模越大，獲得獎勵也就越多。而所有節(jié)點耗用的時間、設備與能源，則成為維護區(qū)塊鏈網(wǎng)絡安全的擔保成本，整個網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)目越多、消耗的能源越多，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的安全性也越好。

PoW機制的設計簡明且優(yōu)美，使用PoW機制的比特幣也是理論上具有最高去中心化程度的加密貨幣。沒有它，去信任的(trustless)比特幣網(wǎng)絡就無法運作。

工作量證明的優(yōu)點：

架構簡單、有效可靠，同時相對而言較容易實現(xiàn)；
去中心化程度高，不需要中心化的管理機構，節(jié)點可以自由進出區(qū)塊鏈網(wǎng)絡。
作惡成本高，安全性較好。攻擊者想要篡改區(qū)塊鏈的信息或控制整個系統(tǒng)，必須投入超過整個網(wǎng)絡一半的計算能力（51%的算力攻擊）。考慮到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的算力總規(guī)模極大，進行攻擊所需成本將變得十分高昂。

工作量證明的局限：

單純依靠算力競爭，對于資源的消耗十分巨大。

隨著比特幣網(wǎng)絡算力的增長，比特幣挖礦行業(yè)的能源消耗已經(jīng)成為一個全球關注的問題。據(jù)劍橋大學替代金融研究中心估計，截至 2021 年 5 月 10 日，全球比特幣挖礦的年耗電量大約是 149.37 太瓦時。倘若將這一數(shù)值與各個國家對比，比特幣耗電量超多馬來西亞、烏克蘭等100多個國家，與排名25的越南相近。

此外，比特幣網(wǎng)絡耗能中的很大一部分由煤炭等傳統(tǒng)能源供應，這也導致了一定程度的環(huán)境問題。因此，包括中國在內(nèi)的多個國家明令禁止開展比特幣挖礦。

效率低下。

采用PoW機制的比特幣具有確認速度慢、吞吐量低的問題。由于PoW機制所設置的問題難度較高，比特幣出塊時間約在10分鐘左右，這意味著一筆交易需要長達1個小時（約6個區(qū)塊后），才能在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡上真正確認。比特幣網(wǎng)絡的TPS僅為7左右，即每秒只能處理7筆交易。

設備要求高，繼而導致中心化問題。

雖然在比特幣誕生的早期，個人CPU是最主要的挖礦設備，但隨著比特幣價格走高和算力競爭的加劇，高性能顯卡乃至專用ASIC礦機成為了挖礦作業(yè)的主流。由于挖礦的設備門檻越來越高，專業(yè)的礦池出現(xiàn)并壟斷了大多數(shù)算力，這與比特幣去中心化的初衷背道而馳。

哪些區(qū)塊鏈采用PoW機制？

比特幣和萊特幣

比特幣是人類歷史上第一種加密貨幣，也是PoW機制的發(fā)源地；而反過來，耗能頗高的PoW機制也成為了比特幣的獨特標簽。在可以預料的將來，比特幣將一直保持PoW共識機制。

除了比特幣外，許多加密貨幣史上的早期貨幣都在架構上借鑒比特幣而采用PoW機制，如萊特幣（LTC）等。此外，比特幣的幾種分叉幣也同樣使用PoW機制，如比特幣經(jīng)典（BGH）、比特幣現(xiàn)金（BCH）等

以太坊

誕生于2014年的以太坊同樣使用PoW共識機制。但考慮到PoW機制的幾種缺陷，以太坊即將轉(zhuǎn)變?yōu)槟芎母?、效率更高的PoS（股權證明）共識機制，這一過程便是以太坊的2.0升級。

以太坊已于2020年底上線采用PoS共識機制的信標鏈，預期在2022年內(nèi)，以太坊主鏈將與信標鏈合并，從而完全轉(zhuǎn)變?yōu)镻oS共識機制。

除了以太坊外，數(shù)種此前采用PoW共識機制的加密貨幣也在考慮轉(zhuǎn)換到PoS機制，如狗狗幣（DOGE）。

結語

作為最早的區(qū)塊鏈共識證明方式PoW沿用至今，其思想啟發(fā)了后來的所有區(qū)塊鏈項目。PoW機制有著無可取代的優(yōu)點，也有著顯著的弊端。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展、用戶人數(shù)增加，PoW機制能源浪費、效能欠缺的問題也顯現(xiàn)出來。

目前，各種新公鏈打著更去中心化、節(jié)能、高效的旗幟出世，收獲一批批新用戶，但終究難以撼動至今仍采用PoW機制的比特幣的地位。在未來，是否會出現(xiàn)解決了PoW機制問題，同時保有安全性和去中心化程度的“完美共識”呢，這一發(fā)展值得我們保持關注。

以上就是什么是PoW(工作量證明)？如何運作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機制？的詳細內(nèi)容，更多關于PoW的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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