全世界都认为区块链技术是金融科技行业有史以来最安全的技术之一。这一切都始于比特币和其他利用相同技术的山寨币。
但有一件事可能会让你感到困惑，那就是试图理解区块链上的交易验证是如何工作的。让我们试着弄清楚区块链中的工作量证明是什么，以及它与这个过程有什么关系。什么是工作量证明？
什么是工作量证明？
简明的工作量证明定义是需要计算努力来阻止恶意活动并维护网络完整性的系统。
加密货币中的工作量证明是一种共识协议，它使使用该协议的区块链网络能够就区块上交易的有效性达成共识。中本聪在比特币诞生时在加密货币中引入了它比特币创建者在比特币白皮书中提出了解决方案。
区块链中的工作量证明是理解交易验证过程的基本概念之一，也是比特币和其他 PoW 网络成为可能的原因。
理想情况下，中本聪在白皮书中提出了一种使用点对点网络解决传统交易模型中双重支付问题的方法。区块链网络将通过哈希对交易进行时间戳记，而验证交易则需要工作量证明。这里的工作涉及确定唯一的哈希值，即交易的数字指纹。一长串随机字符就是证明。
工作量证明如何运作？
理解共识对于理解加密货币中的工作量证明如何运作至关重要。通常意义上，共识是指独立实体之间的协议。例如，在一个独立的民主国家，公民举行选举，每个候选人的选票都会被统计。然后，各方根据获得的选票数量就谁将组成政府达成一致或共识。
区块链网络由一系列相互连接且独立的计算机（称为节点）组成，负责保护网络。因此，该计算机网络使用工作量证明协议来就其中一个独立实体提出的单一值达成一致。
共识机制的共同目标是通过充分验证和确认交易以及激励参与者来确保区块链的不可篡改账本的安全。参与者是矿工网络，也称为节点。他们通过工作量证明承担保护网络的重担，只有一个节点可以验证交易，然后将结果与所有其他节点共享以达成共识。
因此，矿工们竞相解决复杂的数学难题，以便获胜的节点从新开采的加密货币中获得奖励。这个过程需要具有高计算能力（称为哈希率）的专用挖矿硬件。
提供更高哈希率的挖矿设备使矿工有更高的机会成为下一个区块的验证者。由于计算机具有高处理能力并消耗大量电力，因此它非常耗能。工作量证明协议的能源密集型特性是其保护区块链网络的功能之一。
工作量证明的能源消耗
PoW 共识旨在消耗大量电力，并使其成本高昂，以阻止恶意矿工。如果恶意节点试图攻击网络，矿工将不得不投资高功率的挖矿设备，消耗大量电力，却无力偿还。
诚实的节点发现投资设备和电力是值得的，因为他们获得的奖励可以覆盖成本并带来一些利润。
在比特币等网络上，维护这种安全性所需的能源需求是巨大的。例如，比特币挖矿每年消耗约 144 太瓦时 (TWh) 的电力——相当于马来西亚或瑞典等整个国家的能源使用量。这种经济结构确保了网络完整性，同时依靠大量能源消耗来阻止潜在的攻击者。
工作量证明示例
什么是工作量证明的例子？作为最早的共识系统，加密货币中的工作量证明仍然被不同的区块链广泛使用。它是该领域一些流行货币使用的共识，包括比特币、以太坊（在转向权益证明之前）、狗狗币、门罗币和比特币现金。
例如，当比特币区块链上发生交易时，它们会经过安全验证，然后被分组为一个区块进行挖掘。然后，矿工使用比特币网络的工作量证明算法 SHA-256 为区块生成目标哈希值，通常是 64 个字符的字符串。矿工们竞相成为第一个创建哈希值的人，该哈希值通常应小于或等于目标哈希值。获胜节点可以将交易区块添加到区块链并获得奖励、新铸造的 BTC 的一部分以及交易费。
比特币挖矿算法每 10 分钟添加一个新的交易区块。网络通过根据节点添加区块的速度调整破解哈希的难度来确保保持这一速度。比特币的固定总供应量为 2100 万 BTC。截至撰写本文时，已有超过 1990 万枚比特币被开采，剩下约 100 万枚可供开采。矿工将继续开采剩余的比特币，之后他们将继续获得交易费奖励，以维护网络安全。
工作量证明的优势
工作量证明以其需要大量资源投入来保护网络的能力而脱颖而出。工作量证明不仅仅是解决难题，它还将交易验证变成了一个竞争激烈且资源密集的过程。由于矿工必须投资昂贵的设备和资源，因此试图篡改系统的成本太高。这自然会鼓励合法的挖矿活动，有助于建立一个安全和分散的网络。
尽管 PoW 已经证明了其可靠性，但它也并非没有受到批评——尤其是在能源消耗方面，这导致一些人开始探索权益证明等替代方案。与 PoW 不同，PoS 根据验证者持有的加密货币数量和愿意锁定作为抵押品的数量来选择验证者，从而减少了对能源密集型挖矿的需求。
虽然 PoS 更节能，但它的安全性可能不如 PoW，因为它依赖于参与者诚实行事的经济激励。简而言之，PoW 在安全性和去中心化方面表现出色，但 PoS 提供了一种更环保但安全性可能更低的替代方案。
工作量证明安全吗？
正如我们前面提到的，工作量证明被认为是加密货币中最安全的共识机制之一。它的安全性源于这样一个事实：它要求矿工投入大量的计算资源，这使得任何操纵网络的尝试都代价高昂。
解决具有挑战性的难题以验证交易的过程有助于矿工维护区块链的完整性。由于这需要大量资源，因此恶意行为者几乎不可能造成任何有意义的影响。
工作量证明的高昂能源成本只会增加攻击者的难度，从而增加另一层安全性。通过这种方式，PoW 可以作为防止网络中断的可靠保障。
常见问题解答
哪些加密货币使用工作量证明？
许多知名的加密货币都依赖工作量证明来验证交易。比特币是迄今为止最著名的使用工作量证明的加密货币，但它并不是唯一使用工作量证明的加密货币。狗狗币、门罗币和比特币现金等其他货币也依赖工作量证明来确保其网络安全并维护交易的完整性。以太坊最初也使用工作量证明，但后来转向了权益证明。
工作量证明与权益证明：有什么区别？
工作量证明要求矿工解决复杂的难题，并消耗大量能源来验证交易。相比之下，权益证明则根据验证者持有并锁定为抵押品的加密货币数量来选择验证者，这是一种比 PoW 更节能但安全性可能更低的替代方案。
工作量证明的优缺点是什么？
工作量证明的主要优势在于其安全性。通过需要昂贵的资源来验证区块，它可以阻止恶意行为者。缺点是，PoW 的能源需求巨大，引发了人们对其环境足迹的担忧，尤其是与节能替代方案（如权益证明）相比时。
为什么需要工作量证明？
我们需要工作量证明来保护区块链的完整性。它验证交易并确保没有人能够劫持系统进行欺诈。高昂的挖矿成本可以阻止潜在的攻击者，有助于维护网络的去中心化和可信赖性。
