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什么是PoW(工作量證明)？如何運(yùn)作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機(jī)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(lǐng)域最基本的一種共識(shí)機(jī)制，其思想啟發(fā)了后來的所有區(qū)塊鏈項(xiàng)目,那么，究竟什么是PoW(工作量證明)？如何運(yùn)作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機(jī)制？下文將為大家詳細(xì)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(lǐng)域最基本的一種共識(shí)機(jī)制。早期的區(qū)塊鏈項(xiàng)目如比特幣、以太坊和萊特幣，都采用PoW共識(shí)機(jī)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(jiǎn)單理解為：所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)搶答同一個(gè)數(shù)學(xué)題目，誰先算出來，誰就擁有記賬權(quán)，并且能夠得到相應(yīng)的記賬報(bào)酬（區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)新發(fā)行的加密貨幣）。

1993年，兩位密碼學(xué)先驅(qū)Cynthia Dwork和Moni Naor在一篇學(xué)術(shù)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(shí)機(jī)制，隨著比特幣價(jià)格的增長(zhǎng)，PoW機(jī)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(shí)機(jī)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(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。”工作量證明的實(shí)現(xiàn)需要消耗大量能量，但這也給予了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)抵御攻擊的強(qiáng)大能力。在工作量證明機(jī)制下若想欺騙區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，必須付出極大的代價(jià)。

工作量證明如何運(yùn)作

為了使區(qū)塊鏈交易結(jié)果在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)成一致（共識(shí)），PoW機(jī)制要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參與一場(chǎng)爭(zhēng)奪記賬權(quán)和區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的競(jìng)賽。在工作量證明中，所謂的“工作”就是計(jì)算，算力在PoW機(jī)制起著決定性作用。

這種運(yùn)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(cè)）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(jié)果，這一結(jié)果便能以廣播的方式迅速被所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算，此區(qū)塊上的交易也被整個(gè)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。接著，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入下一輪記賬競(jìng)爭(zhēng)中。這一過程稱為“挖礦”。

雖然每輪記賬競(jìng)賽只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獲得計(jì)算獎(jiǎng)勵(lì)，由于每輪計(jì)算之間彼此獨(dú)立，最終的記賬權(quán)和獎(jiǎng)勵(lì)之爭(zhēng)演化為了單純的算力之爭(zhēng)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)所控制的算力規(guī)模越大，獲得獎(jiǎng)勵(lì)也就越多。而所有節(jié)點(diǎn)耗用的時(shí)間、設(shè)備與能源，則成為維護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全的擔(dān)保成本，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多、消耗的能源越多，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性也越好。

PoW機(jī)制的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明且優(yōu)美，使用PoW機(jī)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(luò)就無法運(yùn)作。

工作量證明的優(yōu)點(diǎn)：

架構(gòu)簡(jiǎn)單、有效可靠，同時(shí)相對(duì)而言較容易實(shí)現(xiàn)；
去中心化程度高，不需要中心化的管理機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。
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(gè)系統(tǒng)，必須投入超過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)一半的計(jì)算能力（51%的算力攻擊）。考慮到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的算力總規(guī)模極大，進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于資源的消耗十分巨大。

隨著比特幣網(wǎng)絡(luò)算力的增長(zhǎng)，比特幣挖礦行業(yè)的能源消耗已經(jīng)成為一個(gè)全球關(guān)注的問題。據(jù)劍橋大學(xué)替代金融研究中心估計(jì)，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(shí)。倘若將這一數(shù)值與各個(gè)國(guó)家對(duì)比，比特幣耗電量超多馬來西亞、烏克蘭等100多個(gè)國(guó)家，與排名25的越南相近。

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

效率低下。

采用PoW機(jī)制的比特幣具有確認(rèn)速度慢、吞吐量低的問題。由于PoW機(jī)制所設(shè)置的問題難度較高，比特幣出塊時(shí)間約在10分鐘左右，這意味著一筆交易需要長(zhǎng)達(dá)1個(gè)小時(shí)（約6個(gè)區(qū)塊后），才能在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上真正確認(rèn)。比特幣網(wǎng)絡(luò)的TPS僅為7左右，即每秒只能處理7筆交易。

設(shè)備要求高，繼而導(dǎo)致中心化問題。

雖然在比特幣誕生的早期，個(gè)人CPU是最主要的挖礦設(shè)備，但隨著比特幣價(jià)格走高和算力競(jìng)爭(zhēng)的加劇，高性能顯卡乃至專用ASIC礦機(jī)成為了挖礦作業(yè)的主流。由于挖礦的設(shè)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(jī)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(jī)制的發(fā)源地；而反過來，耗能頗高的PoW機(jī)制也成為了比特幣的獨(dú)特標(biāo)簽。在可以預(yù)料的將來，比特幣將一直保持PoW共識(shí)機(jī)制。

除了比特幣外，許多加密貨幣史上的早期貨幣都在架構(gòu)上借鑒比特幣而采用PoW機(jī)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(jī)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(shí)機(jī)制。但考慮到PoW機(jī)制的幾種缺陷，以太坊即將轉(zhuǎn)變?yōu)槟芎母汀⑿矢叩腜oS（股權(quán)證明）共識(shí)機(jī)制，這一過程便是以太坊的2.0升級(jí)。

以太坊已于2020年底上線采用PoS共識(shí)機(jī)制的信標(biāo)鏈，預(yù)期在2022年內(nèi)，以太坊主鏈將與信標(biāo)鏈合并，從而完全轉(zhuǎn)變?yōu)镻oS共識(shí)機(jī)制。

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

結(jié)語

作為最早的區(qū)塊鏈共識(shí)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(xiàng)目。PoW機(jī)制有著無可取代的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)制能源浪費(fèi)、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(dòng)至今仍采用PoW機(jī)制的比特幣的地位。在未來，是否會(huì)出現(xiàn)解決了PoW機(jī)制問題，同時(shí)保有安全性和去中心化程度的“完美共識(shí)”呢，這一發(fā)展值得我們保持關(guān)注。

以上就是什么是PoW(工作量證明)？如何運(yùn)作？哪些區(qū)塊鏈采用PoW機(jī)制？的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于PoW的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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