工作量证明机制的说明：PoW的利弊

共识算法是所有基于区块链的技术的固有部分，因为没有授权单位可以验证网络的交易。共识算法在这里提供网络的去中心化故障诊断功能。我们不能低估适用于每个特定基于区块链的项目的共识算法的重要性。比特币正在利用工作量证明，这也是以太坊区块链的原始共识算法。人们争论这种共识算法是否值得使用，还是最好使用其他选择。

工作证明的早期历史

接近工作量证明的算法的第一个示例由Cynthia Dward和Moni Naor于1993年提出，他们在名为“关于打击垃圾邮件的内存绑定功能”的科学论文中提出了一种反垃圾邮件解决方案。本文描述的方法假设，未知邮件的发件人需要花费一些时间（例如10秒）来证明发件人不是垃圾邮件发送者。

根据Dward和Naor的说法，垃圾邮件发送者必须花费10秒的CPU时间，每天最多只能发送8000条垃圾邮件，而不是如今他们可以发送的垃圾邮件数量不限。检查工作量证明背后的功能并不是一件难事，但是计算它却是垃圾邮件发送者的头疼事。

工作量证明是在1999年创造的。它出现在名为“工作量证明和面包布丁规程”的文章中（作者Markus Jakobsson和Ari Juels）。工作量证明的概念是假设“证明者”必须向“验证者”提供在指定时间间隔内完成所需计算机工作的证据。这个概念似乎很有趣，但是直到真正依赖于工作量证明以创建不受分布式信任的分布式共识支配的网络的比特币才得以实现。

比特币和工作证明

工作量证明是一种共识算法，需要昂贵且耗时的数据生成过程，并且可以毫不费力地检查其正确性。 Hashcash工作量证明系统是作为垃圾邮件机器人的救助而创建的，但最终成为比特币网络的重要组成部分。

当人们互相发送硬币时，分类帐以交易块的形式反映此信息。这些交易的验证需要一些从事采矿的工人的参与。

渴望验证交易的人员（称为“矿工”）必须执行工作量证明程序才能实现其目标。一个工人就是一个节点。这项工作（任务）的难度很灵活，因此必须每10分钟生成一次新块。由于矿工的数量非常之多，而且10分钟的时间间隔相对较短，因此很难预测哪个工人（矿工）将是生成新区块的人（验证区块中的所有交易）。

工作量证明机制

为了生成新的区块，矿工应为交易区块提供正确的哈希。为此，矿工应找出随机数和哈希函数，其中随机数是仅使用一次的随机数（比特币网络使用介于0和4,294,967,296之间的整数作为随机数），而哈希是64个符号的字符串（混合使用数字和字母）包含加密的数据。

区块链中的块具有单独的哈希（这种哈希称为“ id”）。每个散列都是成功验证该块的结果。为了验证下一个区块，矿工将最新的哈希添加到当前区块，从而创建一个巨大的文本区块。然后，随机数（随机数）被添加到文本块的末尾。该文本由先前的块哈希，等待验证的新事务和随机数组成。那就是计算开始的地方。在计算期间，工作人员会更改随机数，直到定义了字符串前面正确的零数为止。

此任务的难度不容小under。如前所述，难度设置为这样的水平：无论矿工数量和设备功率如何，每10分钟只能解决一次问题。为此，计算机必须每秒生成数百万个可能的哈希。

为了检查某个节点是否正确执行了所需的工作，该节点需要一个作为验证结果出现的字符串和一个随机数。将函数应用于这两个值将在字符串前面给出零个数。如果这个数字正确，那么工作做得很好。如果某人有不良意图并尝试将一些无效数据添加到链中，则其他挖掘参与者将阻止该行为。在整个十年的时间里，该计划成功地保护了比特币区块链。使SHA-256算法与众不同的是，没有人可以秘密更改块中的哪怕是一点信息。这就是为什么将此分类帐称为不可变的原因。

工作证明的缺点

我们不能同意PoW所需要的难以置信的电力消耗只是浪费资源（PoW的许多反对者都这样做），因为我们已经解释过，这种共识算法在保护区块链方面非常有效。但是，我们不能忽略这样的事实，即工作量证明花费大量能量来在验证交易时猜测零的数量。当前， 比特币网络的能耗是传统货币系统的三倍 ，但是如果我们认为比特币得到了广泛采用，则能源消耗将急剧增加。无论如何，比特币并没有取代传统的银行，所以由于比特币，消费量增加了。

另一个问题是，使用CPU，GPU或ASIC设备进行挖掘的个人很少有机会找到新区块并获得奖励，因为他们必须与利用成千上万个设备进行挖掘的挖掘池竞争。大约一半的采矿发生在相对较小的一组采矿池中。如果这些池的所有者决定使用其散列能力联合并统治比特币区块链，则存在这样做的风险。具有超过50％的哈希能力的授权机构实际上可以管理区块链。此类入侵被称为51％攻击。

另一个值得注意的事实是70％的哈希算力来自中国，因为该国的电价便宜。它使该国在比特币开采方面具有优势，并降低了权力下放的水平。

结论

尽管此共识算法的成本使我们想到了验证交易并保持网络正确和平稳运行的其他可能方法，但工作量证明实际上可以保护网络免受不良行为的影响。难怪已经有其他几种共识算法应用于不同的区块链项目。 PoW最突出的竞争对手是权益证明。

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