什麼是工作量證明（PoW），它如何運作？

什麼是工作量證明 (PoW)?

工作量證明 (PoW) 是一種 區塊鏈共識方法，礦工使用計算能力來解決加密難題並驗證交易。

 

在 PoW 系統中，礦工競爭使用計算能力來解決加密難題。第一個解決難題的人獲得將下一個交易區塊添加到區塊鏈並獲得獎勵的權利。

 

這個過程使得作弊成本高昂且難以重寫歷史，這就是為什麼 PoW 鏈往往能抵抗攻擊並有助於保持網絡安全和去中心化。

 

 

PoW 如何運作？

PoW 通過要求參與者在添加新交易之前證明他們已經完成了實際的計算工作來保護區塊鏈。礦工不是投入資本，而是使用計算能力競爭，這種努力的成本保持了網絡的誠實性。

 

以下是 PoW 過程中的 4 個關鍵步驟：

1. 挖礦：礦工使用專用硬件來解決加密難題。這些難題難以解決，但一旦完成，網絡就能輕鬆驗證。

2. 區塊提議：第一個解決難題的礦工獲得提議下一個交易區塊的權利。這個區塊包括最近的交易和對前一個區塊的引用。

3. 驗證：網絡上的其他節點快速檢查提議的區塊。如果解決方案有效且交易遵循規則，則該區塊被接受並添加到區塊鏈中。

4. 獎勵和成本：獲勝的礦工獲得區塊獎勵和交易費用。不誠實行事或未能找到解決方案的礦工不會獲得任何收益，但仍需支付電力和硬件費用，這會阻止濫用行為。

 

誰創立了 PoW？

PoW 沒有單一的創始人。這個想法最早由 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 在 1993 年提出，作為防止垃圾郵件和拒絕服務攻擊的方法。1999 年，Markus Jakobsson 和 Ari Juels 開發了一個名為“hashcash”的版本，將 PoW 應用於電子郵件系統。

 

當 中本聰 將其用作比特幣的共識機制時，這一概念獲得了全球認可，保護了區塊鏈並使去中心化的數字貨幣成為可能。

 

PoW 的優勢

1. 經過驗證的安全性 PoW 是所有共識機制中擁有最長實際運行記錄的機制。比特幣 自 2009 年以來一直在 PoW 上運行，沒有發生過成功的協議級攻擊。通過將安全性與能源和硬件等物理資源聯繫起來，PoW 使網絡攻擊變得昂貴且難以大規模協調。

2. 通過無需許可的進入實現去中心化 任何人都可以參與 PoW 挖礦，而無需事先擁有網絡的本地資產。您不需要許可、委託或治理批准即可開始驗證區塊。這種開放的訪問有助於保持 PoW 網絡抵抗審查和政治影響。

3. 清晰簡單的激勵模型 PoW 的規則易於理解：貢獻計算能力，遵循規則，並獲得獎勵。如果您嘗試作弊，您將因浪費的電力和硬件成本而損失金錢。這種直接的成本結構對齊了激勵，而不依賴於複雜的懲罰邏輯或社會協調。

4. 通過累積工作實現強大的最終性 在 PoW 系統中，逆轉交易需要重新完成每個後續區塊的工作。隨著更多區塊的添加，重寫歷史的成本迅速增加，這就是為什麼 PoW 鏈上的較舊交易被認為是高度安全的。

 

PoW 的限制

1. 高能耗 PoW 需要大量電力，這是其最常見的批評之一。雖然現在很多挖礦使用可再生或閒置能源，但與 權益證明 (PoS) 系統相比，總體網絡能耗仍然很大。

2. 硬件集中風險 挖礦已經變得資本密集。專用的 ASIC 硬件和廉價電力的獲取可以給大型運營商帶來優勢，這可能會隨著時間的推移減少地理和參與者的多樣性。

3. 基層擴展性較慢 PoW 區塊鏈優先考慮安全性而非速度。區塊時間和吞吐量故意保守，這限制了主鏈上的交易容量。大多數擴展現在通過 Layer 2 解決方案而非基層變更來實現。

4. 經濟集中化壓力 雖然進入是無需許可的，但規模經濟很重要。大型礦池可以積累大量影響力，即使在實踐中區塊生產的控制仍然是分散的。

 

PoW 如何優於 PoS？

PoW 並不是在所有方面都更好，但它在某些方面表現得非常出色。其安全性與電力和硬件等現實世界的成本相關，這使得攻擊變得昂貴且難以偽造。您不需要已經擁有大量代幣即可參與，並且更改規則是故意緩慢的，這使得 PoW 鏈更難被捕獲或操控。

 

權衡之下是效率。PoW 比 PoS 更慢且使用更多能源。但當目標是中立性、抵抗控制和長期可靠性時，PoW 仍然保持其地位。這就是為什麼一些網絡，特別是比特幣，仍然堅持使用它。

 

主要的 PoW 網絡包括比特幣 (SHA-256 挖礦)、以太坊經典 (基於 PoW 的以太坊原始鏈)、萊特幣 (Scrypt PoW)、門羅幣 (注重隱私的 PoW)、比特幣現金 (具有更大區塊的 PoW) 和 Zcash (具有可選隱私的 PoW)。

 

 

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