介绍
比特币矿工收集并广播区块中的交易并验证其有效性。 然后他们将前一个块头的加密哈希函数应用到新块。 最后，他们尝试解决工作量证明问题。 中本聪 采用工作量证明（PoW） 共识机制 解决拜占庭将军问题，建立透明和客观的协议。
什么是工作量证明 (PoW)？
工作量证明实际上是证明已经完成工作来验证网络交易并生成新的比特币。 它是利用算力验证交易并将其添加到区块链中的共识机制和算法。 比特币区块链。 这种机制使比特币网络变得可信并保持去中心化。
PoW 解决了拜占庭将军的问题，这些问题可能会导致分布式计算机系统因不同原因而失败，不仅是恶意性质，还可能是软件缺陷、硬件故障或不良行为者精心协调的攻击。 它们都可能成为阻止节点在分布式网络上达成共识的困难。
拜占庭将军问题仅在去中心化系统中常见，在这种系统中达成一致更加困难。
比特币解决了拜占庭将军问题，它提供了一种安全地通信和转移价值的方法，无需通过节点网络相互信任，这些节点在加盖时间戳之前就事实达成一致。 一旦一个节点记录了一笔交易，一份副本就会传播到网络中的所有其他节点。 PoW 就是为了实现这一目标而创建的。
为什么工作量证明很重要？
工作量证明经常被误解或低估，因为许多人认为它是在糟糕的系统设计上浪费的精力； 他们声称，在任何其他数字分类账上输入交易都可以立即完成，毫不费力。 这就是为什么工作量证明对于账本的安全是必要的，以及它如何防止任何一方对其进行损害。 然而，如果它能够使网络成为当前货币体系及其各种缺陷的替代品，那么这种努力就不会白费。
工作量证明的重要性在于它能够作为生成比特币和维护其可信度的有形费用。 为了制造假币或进行欺骗性的比特币交易而对比特币网络执行 51% 攻击的代价过高。 如果任何实体试图破坏比特币网络，它就必须足够快地重做所有以前的工作量证明，以超过网络的连续工作量证明。 为此，比特币 无法伪造的昂贵性 特征并且是不可变的，因为几乎不可能更改已确认的交易。
为了保持工作量证明系统的稳定性，中本聪实施了一种简单而天才的解决方案，称为难度调整算法，该算法每 10 分钟调节发现新区块的难度级别。 这对于防止随着更多矿工加入网络而过快发现新区块至关重要。 它还确保如果采矿活动下降，采矿过程不会变得太慢。
工作量证明与权益证明
我们已经看到如何 PoW 是一种很好的能源利用方式 确保比特币安全，同时迫使每个人遵守相同的固定规则，包括禁止发行更多比特币以增加供应。
两种共识机制之间的安全差异非常重要。 工作量证明需要消耗能源来确保比特币保持其作为全球最安全网络的地位，而权益证明（PoS）并不能解决恶意实体可能干扰的问题。 相反，PoS 牺牲了安全性来换取可扩展性，使其成为更快的区块链，尽管这是一个不可信的区块链。 比特币的工作量证明共识机制成本高昂，并且激励参与者只发布真实信息。
权益证明 是大多数山寨币、数字低价股和其他作为比特币替代品销售的庞氏骗局的共识机制。 它的共识机制通过“质押”来运作，这要求投资者将所选协议的代币锁定到系统中，以便代币无法被花费。 然而，质押的代币数量越多，验证交易块的机会就越高。
考虑到大多数山寨币代币在公开之前就已发行给内部人士和开发人员，因此很容易看出权益证明网络中的去中心化设计有多么糟糕。
这里强调了两种机制之间的主要区别：
工作量证明
- 验证由矿工网络执行
- 竞争本质使用大量的能量和计算能力来确定找到新区块的概率
- 工作量证明具有现实世界的生产物理成本，这可以使网络免受攻击
- 有一个经济和 工作量证明的环境优势
权益证明
- 验证由提供代币作为抵押品的参与者完成
- 使用的能量较少，但权益数量或代币数量决定了验证新区块的概率
- 权益证明没有现实世界的生产成本，这使得网络容易受到攻击
- 有 权益证明没有环境优势
在权益证明中，很容易获得 51% 的股份，然后根据自己的利益改变协议规则，并且相对简单地审查网络参与和活动，例如通过不包括个人或实体来拒绝他们的交易。
工作量证明如何运作
工作量证明以前可以使用中央处理单元（CPU）和图形处理单元（GPU）来实现。 然而，由于需要大量电力，现在只能使用矿工操作的专用计算机（称为专用集成电路（ASIC））来执行。这些计算机用于输入交易数据、来自先前块头的信息以及用于猜测哈希函数结果的随机数（随机数）。
哈希函数是数学函数。 在比特币中， SHA-256 是哈希函数算法 它将您的输入数据（任何可以用 1 和 0 表示的数据）转换为输出（一个 64 个字符的字符串），该字符串是唯一的并且与输入数据完全相关。
从它的工作原理来看，除了通过昂贵的 ASIC 生成的快速猜测之外，不可能从公开可见的输入中找出结果输出。
另一方面， 矿工希望优化他们的工作。 为了盈利，他们必须增加其设备在使用最便宜和最可靠的能源时每秒可以产生的哈希（或猜测）数量。
比特币难度的调整使得挖矿行业的竞争更加激烈。 简单来说，工作量证明类似于购买彩票，每 10 分钟抽奖一次。 您购买的彩票越多，中奖的统计可能性就越大。 用 ASIC 术语来说，比特大陆 Antminer S19j Pro 的运行速度为 104TH/s，这基本上意味着每秒 104 万亿次猜测或票据。
由于竞争加剧，自 2012 年 ASIC 变得必要以来，个人或独立矿工开采比特币变得更加困难。 然而，他们现在可以加入矿池以增加获得比特币奖励的机会，尽管资金将在矿池成员之间分配。
的优点和缺点
为了保持比特币的安全、不可变和始终去中心化，工作量证明是必要的。 以下是比特币共识机制的主要优点和缺点。
优点
- 去中心化，即技术的真正突破
- 由于权力下放而抵制审查制度
- 不变性，区块链几乎不可能逆转
- 这是一个基于强大协议规则的公平客观的系统 物理定律
- 高安全性：PoW 从经济上激励矿工保护网络
- 碳和甲烷捕获：比特币利用浪费的能源发行更多硬币并验证交易
- 通过将能源货币化，PoW 加快了可再生能源网络的推出，并改善了现有电网的负载平衡，使其更加高效和安全
缺点
- 交易速度较慢
- 挖矿费用（OPEX 和 CAPEX）非常高，但对于工作量证明来说是必要的
- PoW 消耗大量能源，但这已经 事实证明可以鼓励 可再生能源和废弃能源开发的创新
对工作量证明的批评
对比特币能源消耗的批评很常见。 由于比特币需要大量的能量来保护网络，因此工作量证明很容易受到那些利益与现有法定金融体系更一致的人的攻击。
然而，广泛的叙述并没有承认比特币实际上正在推动产生清洁能源和利用浪费能源的技术创新。
如何？ 比特币矿工需要找到最具成本效益的能源才能盈利。 因此，用于比特币挖矿的廉价能源越来越多地来自可再生能源以及浪费和“搁浅”的能源，而不是依赖化石燃料。
可再生能源
由于可再生能源（主要是风能和太阳能）是最便宜的能源之一，因此比特币矿工有动力补贴他们的创新，以造福所有人。
许多人误解能源消耗并不直接产生二氧化碳排放，但其来源可能会产生二氧化碳排放。 对碳排放的影响来自能源生产，而不是消费。
浪费能源
燃烧天然气就是浪费能源的一个例子：为了避免从偏远地区运输天然气的高昂成本，建议生产天然气的石油公司要么将天然气释放到大气中，要么直接“燃烧”它以限制对环境的影响。 然而，安全地燃烧它也是有成本的，如果天然气钻探者可以使用天然气发电机为比特币矿工提供动力，那么浪费的能源就可以转化为良好的用途——生产比特币！
搁浅的能量
由于比特币采矿作业可以位于世界任何地方，因此它们越来越被“搁浅”能源所吸引，这些能源对于人口稠密的地区来说往往太偏远，例如洋流或沙漠阳光。 沼气是另一种选择，它产生可靠的能源，但通常不连接到电网。
经常问的问题
工作量证明问题的难度级别是如何确定的？
根据每秒在网络上挖掘的哈希数量，哈希函数的复杂性将相应增加或减少，因此矿工平均需要 10 分钟才能在全球网络中找到新区块。
暴力破解可以解决工作量证明问题吗？
解决工作量证明问题的唯一方法是通过暴力破解，这是一种通用的问题解决技术，也是一种算法范例，在找到最令人满意的解决方案之前，搜索给定问题的所有可能解决方案。
当所有比特币都被开采完后，工作量证明会发生什么？
当所有比特币都被开采后，仍然需要工作证明来验证交易，矿工将为此收取费用。
工作量证明有其他可行的替代方案吗？
为了生产像比特币这样的去中心化、不可变、抗审查、安全的加密货币，除了工作量证明之外，没有其他安全的替代方案。
如果两个矿工同时解决同一个区块的工作量证明问题，会发生什么？
将选择出现在最长链中的块，该块具有所使用的哈希值的“最大组合难度”，并且需要最多的计算能力来创建它。
最后一句话
故意误导政客和 组织 在批评比特币的工作量证明和融资项目方面具有优势 抹黑比特币 因其能源消耗。 这样做的好处是，在比特币是错误的、对人类和地球有害的幌子下，保持现有的系统对他们有利。
比特币具有颠覆性； 这是人类需要的希望，必须被发现和理解才能得到充分的重视。 工作量证明对于向新的货币体系和不同的世界过渡是必要的，而生产它所需的努力使其更有价值。
