小白区块链第六期 POW工作量证明机制

本文是区块链系列文章的第六期。

在上一期中，本号介绍了区块链的共识机制，它让区块链更具有可靠性。常见的共识机制有，工作量证明机制 PoW，权益证明机制 PoS，股份授权证明机制 DPoS，实用拜占庭容错机制 PBFT 和 Pool 验证池。

从本期开始，我们将详细介绍这些共识机制。

第六期 | POW工作量证明机制

工作量证明机制 POW

工作量证明（Proof of Work，简称POW）是共识机制的一种，可简单理解为一份证明，证明你做过一定量的工作，证明你完成某项任务所花费的精力，同时也证明你达到了某个水平。别人通过查看工作结果就能知道你完成了指定量的工作。

它的机制是通过评估工作量，来决定获得记账权的机率。工作量越大就越有可能获得此次记账机会，即谁的计算能力强就以谁为准。节点必须要证明拥有最强的计算能力才能参与共识，而其如果捣乱将付出最大的计算能力的代价；需要达到一定的计算能力后才能参与到共识机制中。

在众多的区块链应用中，使用工作量证明作为共识算法的典型案例就是比特币。

比特币挖矿采用的就是工作量证明机制，比特币网络通过调节计算难度，保证每次竞争记账都需要全网矿工计算约10分钟，才能算出一个满足条件的结果。该结果即“区块头”里包含的随机数。

打个比方，科学家们脑洞大开，发明了工作量证明机制，即每一次要争夺记账权限，都给A、B、C、D四个人出一道题，谁要是第一时间算出了这道题的正确答案，就可以获得一个证书——工作量证明，凭这个证明，就可以获得记账权限。

如果矿工找到了一个满足条件的结果，我们便可以认为全网矿工完成了指定难度系数的工作量。获得记账权的几率取决于矿工工作量占比全网的比例。如果占比30%，那么获得记账权的几率也是30%。所以提高工作量占比才能提高竞争力，才能获得更多新诞生的比特币！

Pow 工作量证明，就是大家熟悉的挖矿，通过参与或运算，计算出一个满足规则的随机数，即获得本次记账权，发出本轮需要记录的数据，全网其它节点验证后一起存储。

POW 就像在一座金山挖矿，谁的力气越大，谁挖的时间越长，谁得到的金子就越多，也就是：挖得越多，收得越多。它是一种多劳多得的模式，算力越高、挖矿时间越长，获得的数字货币就越多。如果某个节点拥有全网40% 的算力，那么该节点理论上拥有 40% 的概率，在 POW 中获胜。

工作量证明机制优点是：

一是算法简单，采用大家认可的找寻随机数的数学逻辑，容易实现；

二是完全去中心化，节点间无需交换额外的信息即可快速达成共识；

三是破坏成本高，需要投入巨大成本才能破坏整个系统，有一定安全保障。

它的缺点也是显而易见的，为了争夺记账权限不停地轮询计算，耗电量巨大，挖矿会造成电力等资源的巨大浪费。

由于解题需要消耗大量的电力，全世界Pow算法所消耗的能源据统计已经超过爱尔兰一个国家所消耗的电力。此外，由于不同地区的电费不同，从成本上来说，最终会相对倾斜到电费成本较低的国家和地区。比如中国目前占据比特币算力的相当大一部分。

与此同时，POW机制需要达成共识的周期过长，区块的确认时间难以缩短，导致每秒仅仅只能做几笔交易。例如，比特币的每秒交易 TPS 只能做7笔。跟中心化每秒10万以上的交易相比，完全无法媲美。

基于PoW机制，比特币很难成为网络电子现金支付系统。并且由于 POW的机制 ，区块容易分叉，需要等待多个确认。

随着算力越来越集中，中心化也日益严重。比特币网络解决了”拜占庭将军问题“，其中一个前提条件，那就是多数人是好人，即超过 51% 的节点是好节点，否则就会出现 51% 攻击。

使用POW的虚拟币：

早期的ETH，以及BTC等。

总之，Pow是目前为止运行时间最长的共识机制，也是最久经考验的共识算法，有较高的安全性，也是相对公平、去中心化的网络。