加密貨幣中的 PoW 共識演算法是什麼？

要順利運行並保持其去中心化的本質，區塊鏈系統必須協同一致，而這只有透過共識機制才能實現。簡單來說，共識就是網路中所有參與者對其當前狀態達成一致。因此，它是一種讓去中心化連接對已驗證交易達成共同理解並將其加入區塊的機制。

在今天的文章中，我們將告訴你第一個共識機制 —— Proof-of-Work (PoW)：你將了解它如何運作，以及為何它在維持加密貨幣世界的去中心化中扮演如此關鍵的角色。我們還會展示一些運行在 PoW 機制上的代幣案例。

PoW 演算法如何運作？

Proof-of-Work 是一種共識機制，允許礦工（驗證者）透過解決複雜數學問題來確認交易，並將其添加到區塊中，藉此獲得獎勵。最早使用這項技術的人是中本聰（Satoshi Nakamoto），當他撰寫比特幣的白皮書時。然而，若追溯 PoW 的起源，則是科學家 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 在 1993 年開發的。

Proof-of-Work 的引入解決了「雙重支付」的問題，也就是同一筆資金被重複花費。PoW 在演算法中使用新的經濟誘因，成為挖礦產業出現的基礎。它要求被稱為礦工的網路參與者執行一個複雜任務，以證明他們確實消耗了資源（時間與能源）來將新區塊添加到區塊鏈中。這就是名稱的由來：它是「實際工作已完成」的證明。

若要更好理解 PoW 機制的技術面，值得先認識「nonce」 —— 礦工試圖猜測的一個隨機數。它在生成符合網路要求的有效雜湊中扮演關鍵角色，允許新區塊被加入區塊鏈。

找到正確 nonce 的過程被稱為「挖礦」。當其中一位礦工找到有效的 nonce 時，他會將區塊廣播給其他參與者。如果該區塊驗證成功，它就會被加入鏈中 —— 而該礦工會獲得獎勵。

Proof-of-Work 演算法的目的

Proof-of-Work 演算法的目的，是要在節點彼此一開始並不互信的情況下提供共識。也就是說，達成一個單一共識：哪些交易被視為有效，哪一條區塊鏈被認可為主鏈。為了達成這一點，主鏈必須擁有最高的高度（經過確認的區塊），其他分支則會成為其分叉。

這種方式幾乎讓偽造資料或「雙重支付」變得不可能，除非攻擊者能控制大部分的算力，否則無法破壞網路安全。若要重寫交易歷史並竊取資金，攻擊者必須控制超過 50% 的總算力，這在挖礦機制下幾乎不可能。因此，你可以確信資金是安全的，因為 PoW 演算法能提供高度防詐騙的安全性。

PoS 與 PoW

在去中心化世界中，Proof-of-Work (PoW) 和 Proof-of-Stake (PoS) 共識機制經常被拿來比較。這兩種演算法在維持穩定網路方面有不同的方法：PoW 要求網路節點提供他們已消耗運算能力（即「工作」）的證明，以去中心化方式達成共識。

另一方面，Proof-of-Stake 要求參與者質押加密貨幣以成為網路中的可信成員。這減少了對運算資源的需求，並能更快達成共識。然而，在安全性方面，PoS 顯著不如 PoW。

為了更好地比較，我們為你準備了一張表格，展示主要特徵：

特徵	Proof-of-Work	Proof-of-Stake
概念	Proof-of-Work驗證由礦工網路完成。	Proof-of-Stake驗證由質押代幣作為抵押的參與者完成。
獎勵	Proof-of-Work礦工因成功將交易加入區塊並確認而獲得獎勵。	Proof-of-Stake驗證者獲得交易手續費，並可能因保障網路而獲得額外激勵。
能源消耗	Proof-of-Work競爭性質需要大量能源與運算能力。	Proof-of-Stake使用較少的運算能力與能源。
共識速度	Proof-of-Work由於計算複雜，共識速度較慢。	Proof-of-Stake因無計算困難，共識速度較快。

常見的 PoW 加密貨幣

若要看到演算法實際如何運作，以及它如何在網路內建立流程，請查看以下一些運行在 Proof-of-Work 共識機制上的代幣：

• 比特幣 (BTC)： 第一個運行在 Proof-of-Work 的加密貨幣，使用 SHA-256 演算法。與其他網路一樣，PoW 提供高安全性，但需要巨大的能源消耗。在速度方面，區塊每 10 分鐘產生一次，在繁忙時段可能更久，這限制了交易速度。然而，比特幣仍是去中心化與安全性的標竿，被稱為加密市場的「數位黃金」。

• 狗狗幣 (DOGE)： 第一個 meme 幣，使用 Scrypt 演算法，允許網路中快速生成區塊（1 分鐘）。能源消耗低於 BTC，並可透過礦池進行挖礦，降低進入門檻。礦工的固定獎勵為 10,000 DOGE。

• 萊特幣 (LTC)： 被稱為比特幣的「白銀」。LTC 也使用 PoW 與 Scrypt 演算法，提供更快的速度，允許每 2.5 分鐘生成一個區塊。相比 BTC，其更快與更便宜的交易是巨大優勢。

• Kaspa (KAS)： 一種創新的 PoW 代幣，使用 GHOSTDAG 協議與 kHeavyHash 演算法。它能以較低能耗提供高速度（每秒數十個區塊）。由於技術複雜與新穎方法，此幣具備平行區塊處理與 GPU 挖礦支持。

由此可見，Proof-of-Work 演算法儘管能源消耗高，但仍是許多主要加密貨幣安全與去中心化的基石。它的可靠性已經隨著時間被證明，並持續用於那些將網路韌性視為優先的場景。不過，隨著人們對更節能解決方案的興趣日益增加，未來可能會屬於混合式或替代共識模型。

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