工作量證明是一種去中心化的共識機制，它要求網絡成員使用他們的資源來解決任意的數學問題，以防止其他人干擾系統。
工作量證明或PoW 描述了一種需要付出大量努力才能阻止其濫用或惡意使用的系統。
這方面的一個例子可能是發送垃圾郵件或發起拒絕服務攻擊。
基於使用SHA-256 去中心化算法的“可重複使用的工作證明”的想法，這個概念後來被Hal Finney 在2004 年改編為保護數字貨幣。
繼2009 年推出比特幣之後，這是第一個接受芬尼想法的流行應用程序。也是第一個收到比特幣交易的開發者。
因此，工作量證明或工作量證明也成為其他加密貨幣的基礎，使它們安全並具有去中心化的共識。
PoW 是如何運作的？
我們將專注於工作量證明如何在比特幣中工作，因為雖然它在其他加密貨幣中實現，但它可能會有一些細微的變化。
比特幣是一個區塊鏈，其中包含在網絡上進行的比特幣交易的整個歷史。顧名思義，它是由塊組成的。
交易在內部，最近的交易在較新的區塊中。
工作量證明是向區塊鏈添加新區塊的必要部分。這些是由礦工創建的，他們在生態系統中發揮著重要作用（什麼是比特幣挖礦？）。
一旦礦工贏得工作量證明，網絡就會接受一個新區塊，大約每10 分鐘發生一次。
找到工作證明是一個相當困難的過程，實現它的唯一方法是使用專門的昂貴硬件來完成任務（什麼是ASIC 礦工？）。
為此，他們必須猜測一個符合網絡需求的字符串。因此，他們每秒執行的計算越多，賺取BTC 的機會就越大。
這個字母數字字符串稱為散列，需要進行一些計算才能達到其中之一。問題是，並非所有這些都適合測試權益證明，你必須繼續嘗試直到獲得它。
目標是提出一個等於或小於網絡目標哈希的哈希。要知道它是否更少，他們必須讓它們從一定數量的零開始。
我們可以認為這很簡單，因為添加它們就足夠了，但實際情況是哈希是通過哈希算法傳遞到比特幣塊的頭部獲得的，返回一個難以預測的結果。
這就是為什麼除了一遍又一遍地測試它之外，沒有辦法確定如何獲得該值。
連續得到幾個零的概率非常低，但由於礦工有能力每秒進行數千或數百萬次測試，如果我們計算所有這些的計算能力，那麼他們可以在大約10 分鐘內得出結果.
誰先達到目標，誰就能獲得一定數量的BTC。從那裡開始了獲得下一個街區的新競賽。
但是，如果你知道哈希函數總是在相同的輸入之前返回相同的值，那麼你會想知道為什麼多次嘗試會產生不同的哈希值。
對此的答案與一次性數字或隨機數有關，它是標題中的一個字段，經過精確修改以獲得此結果。
一旦礦工發現了對該區塊有效的哈希值，就該將其傳輸到網絡了。這就是它被添加到區塊鏈的方式。從現在起，其餘的礦工繼續挖礦，但從新區塊開始。
每個區塊的頭部都有一個字段，指向前一個區塊有效的哈希值，在它們之間形成一個越來越難以打破的鏈接。
工作量證明使得改變區塊鏈上的信息變得非常困難，尤其是當其中一個區塊與新區塊相距甚遠時。為此，該人必須重新挖礦他們修改後的區塊。
這也使得一個礦工或一組礦工難以壟斷網絡，因為所需的設備和能源越來越昂貴。
工作量證明示例
我們看到，所有的計算能力都旨在找到至少具有一定數量前導零的哈希。你可以通過使用哈希函數並輸入要驗證的塊的標題來完成此操作。
例如，如果我們查看2021 年10 月3 日開采的區塊編號703424，其哈希值為：
00000000000000000002f1653e1248b0b653cf523991487721f70c43a9a916d2
而獎勵6.25 BTC 加上0.3520720 BTC 在人們為發送交易而支付的佣金的概念中。
該區塊包含1,940 筆交易，總計約2,171.5 BTC。以及前一個塊的散列，即：
0000000000000000000e41e7dbd66ce02bcd085c2bdc49f1237f8f8b7f693c32
這個區塊現在有548 個確認，所以如果有人想對其進行修改，他們必須挖礦剩餘的547 個區塊，這實際上是不可能的。
你對區塊上的交易所做的任何修改都會改變該交易的哈希值，這將改變默克爾樹根的哈希值。最後一條信息是標題中的一個字段，它已被散列以獲得必要的散列，現在也不同了。
這將使塊號703425（下一個）的散列不同，因為該散列是最後一個塊的頭的散列，它有一個字段，其中前一個塊的散列也已被更改。
這將傳播到網絡上的最後一個已知塊，使修改後的塊無效。
因為重要嗎？
工作量證明是比特幣網絡的重要組成部分。如果沒有密集的功耗，攻擊者很容易獲得網絡控制權或兩次花費相同的餘額。
這被稱為51% 攻擊，其中一群擁有大部分哈希能力或計算能力的礦工可以操縱系統並使用它來方便。
有什麼缺點？
工作量證明的最大缺點是它消耗大量電力。一些專家估計，比特幣的碳足跡可與摩洛哥這樣的國家相媲美。
電動汽車公司特斯拉在決定停止接受比特幣作為支付方式時，將其對環境的影響作為論據。
但鑑於比特幣的價格非常高，回報也如此之大，任何人知道這是一個有爭議的多管齊下的話題也就不足為奇了。
比特幣的支持者認為，除了銀行和支付服務消耗更多並且不是這些論點的受害者之外，能源消耗估計是錯誤的。
另一方面，也有人認為比特幣挖礦鼓勵使用可再生能源或已經產生的能源，否則會被浪費。
在這裡，比特幣是否消耗了大量能源，如果未來消耗更多，最終是它採用的設計，而是它對環境的影響。
最後，比特幣的優勢在於工作量證明及其去中心化特性，如果採用另一種共識模型，這種特性就會減弱。
這就是為什麼重點應該放在能源而不是消費本身上的原因，這對於比特幣來說是不必要的。你消費的越多，這種加密貨幣就越安全。
另一方面，在以太坊等一些加密貨幣中，對GPU 的巨大需求導致這些商品的價格飛漲，讓遊戲社區沒有購買選擇。
一些製造商已經採取了一些措施來降低這些顯卡的挖礦效率，但效果有限。
還有一個事實是，雖然今天的比特幣不可能進行51% 的攻擊，但現實情況是，對於較小的加密貨幣而言，情況並非如此。例如，在2020 年，以太坊經典和比特幣現金遭遇了一場。
最後一個很大的缺點是挖礦往往中心化在礦池或組中，這會導致控制超過50% 的計算能力。
但是，到目前為止還沒有發生這種情況，因為礦工本身在達到非常大的規模時往往會離開這些群體中的一個。正是這樣的事件會使比特幣變得不那麼有吸引力，因此它的價格會下跌，這與礦工的利益背道而馳。
哪些加密貨幣使用它？
大多數加密貨幣使用工作量證明，儘管目前確實有一些實驗正在運行以尋找替代方案。
最受歡迎的是：
替代方案：股權證明
由於擔心工作量證明區塊鏈的能源消耗，出現了所謂的股權證明等替代方案。
使用這種共識機制的系統與將大量本地加密貨幣保存在內部的驗證器一起工作，使它們能夠驗證交易並獲得獎勵。
Cardano、Algorand、Cosmos 和幣安幣等硬幣使用某種形式的權益證明。就其本身而言，以太坊希望實現其2.0 版的著名升級，這將導致這種模式。
通過這一變化，預計能源需求將比現在減少99.5%。
Proof of Stake 不需要強大的計算機或挖礦設備，因此相比之下，整個網絡的消耗要少得多。
另一方面，也有一些批評者認為這個模型可以幫助最富有的人變得更富有，因為驗證與參與者擁有的硬幣數量有關。
不要錯過權益證明和工作證明之間的比較。
經常問的問題
工作量證明是什麼意思？
PoW 要求網絡中的節點提供證據證明它們已經消耗了計算能力，以便以去中心化的方式達成共識，防止攻擊者控製網絡。
你如何驗證加密貨幣交易？
在比特幣的情況下，它是通過迭代SHA-256 算法來實現的。為此，礦工從內存礦池中取出待處理的交易並將它們添加到一個區塊中，然後尋找正確的哈希值以贏得這場比賽。
當你以他們正在開采的區塊鏈貨幣獲得獎勵時，他們就會有動力正確行事，以便他們的錢在未來不會貶值。
為什麼加密貨幣需要它？
由於加密貨幣的本質是去中心化的點對點系統，因此你需要一種達成共識並獲得安全性的方法。工作量證明是實現這一目標的一種方式，需要大量資源來控製網絡。還有其他具有優點和缺點的替代方案，但這是第一個也是最常用的。
比特幣是否使用工作量證明？
是的，它使用基於SHA-256 的PoW 共識機制，始終驗證和確認發出的交易。
它與權益證明有何不同？
股權證明是一種機制，通過該機制隨機選擇一個節點來挖礦下一個帶有交易的區塊。根據你擁有的加密貨幣數量，這個人有更多機會獲得此榮譽。你擁有的硬幣越多，你獲得的挖礦能力就越強。雖然它消耗的資源較少，但它更容易受到51% 的攻擊，並鼓勵你節省硬幣而不是花費它們。
礦工為什麼要遵守規則？
礦工從他們正在挖礦的網絡中以加密貨幣的形式獲得獎勵。這就是首先要做這項工作的原因。
這也讓他們遵守規則，因為他們不希望網絡崩盤，他們的所有工作都一文不值。
為什麼更多的算力意味著更多的安全？
工作量證明的目標是防止用戶創建他們沒有賺到的額外硬幣，或兩次花費自己的硬幣。如果用戶可以多次使用他們的硬幣，硬幣就會失去價值。
在大多數數字貨幣中，這個問題很容易解決。負責該系統的銀行會跟踪每個人有多少錢。如果Maria 給Juan 1 歐元，銀行就會給Maria 貼現1 美元並給Juan 1 美元。
但是在加密貨幣中沒有這樣的實體。執行此任務的是工作量證明。
概括
工作量證明是保護去中心化比特幣網絡的共識算法。
工作量證明廣泛用於加密貨幣挖礦，以驗證交易和挖礦新代幣。
由於工作量證明，比特幣和其他加密貨幣交易可以在對等方之間安全地處理，而無需受信任的第三方。
大規模工作證明需要大量能源，隨著越來越多的礦工加入電網，這種能源只會增加。
參與證明(PoS) 是作為工作證明的替代方案而創建的新共識機制之一。
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