什么是加密货币中的工作量证明（PoW）共识算法？

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Author: Cryptomus

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为了顺利运行并保持其去中心化的特性，区块链系统必须和谐运作，而这只有通过共识机制才能实现。简单来说，共识是指网络中所有参与者对于当前状态达成的协议。它是一种机制，使去中心化的连接能够就验证过的交易达成共识，并将其添加到区块中。

在今天的文章中，我们将介绍第一个共识机制——工作量证明（PoW）：你将了解它是如何工作的，以及它为何在保持加密货币世界去中心化方面起着如此重要的作用。我们还将展示一些基于PoW机制的加密货币的例子。

PoW算法是如何工作的？

工作量证明是一种共识机制，允许矿工（验证者）通过解决复杂的数学任务来确认交易并将其添加到区块中，并为他们的努力获得奖励。第一个使用这一技术的是中本聪，他为比特币开发了白皮书。然而，当谈到PoW的起源时，科学家Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年提出了这一概念。

引入工作量证明解决了双重支付的问题，即相同的资金被多次消费。PoW在算法中引入了新的经济激励，这些激励为挖矿行业的出现奠定了基础。它要求被称为矿工的网络参与者执行一项复杂任务，以证明他们已经花费了资源（时间和能源）来将一个新区块添加到区块链中。这就是这个名称的由来：它是证明已完成实际工作。

为了更好地理解PoW机制如何工作，值得了解nonce——矿工们试图猜测的一个随机数字。它在生成符合网络要求的有效哈希值并允许新块被添加到链中时起着关键作用。

找到一个匹配的nonce的过程叫做挖矿。当其中一个矿工找到一个有效的nonce时，他们将区块广播给其他参与者。如果区块验证通过，它就会被添加到链中——并且矿工会获得奖励。

工作量证明

工作量证明算法的目的是在那些从一开始就不互相信任的节点之间提供共识。也就是说，达成一个单一的协议，确定哪些交易被认为是有效的，哪个区块链被认为是主区块链。为此，链应该处于由已确认区块决定的最高高度，其它分支则成为其分叉。

这种方法使得伪造数据或“重复支付”几乎不可能发生，除非控制了大部分网络的哈希算力，从而确保了网络的安全性。要重写交易历史并窃取资金，攻击者需要控制超过50%的网络总处理能力，而由于挖矿过程，这几乎是不可能的。因此，你可以放心，你的资金是安全的，因为PoW算法提供了高水平的防诈骗安全性。

工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）共识机制在去中心化领域常常被拿来比较。这些算法在维持稳定网络方面采用了不同的方法：PoW要求网络节点提供证据，证明它们已经消耗了计算能力（即工作），以去中心化的方式达成共识。

另一方面，权益证明要求参与者质押加密货币，以成为网络中的可信成员。这减少了对计算资源的需求，并使得共识能够更快达成。然而，在安全性方面，PoS明显逊色于PoW。

此外，为了更好地进行比较，我们为你准备了一张表，列出了它们的主要特征：

特征	工作量证明（PoW）	权益证明（PoS）
概念	工作量证明（PoW）通过矿工网络进行验证。	权益证明（PoS）通过提供代币作为担保的参与者进行验证。
奖励	工作量证明（PoW）矿工通过成功添加交易到区块并验证它们来获得奖励。	权益证明（PoS）验证者收到交易费用，并可能因保障网络而获得额外奖励。
能源成本	工作量证明（PoW）竞争性强，消耗大量能源和处理能力。	权益证明（PoS）使用的计算资源和能源较少。
共识速度	工作量证明（PoW）由于计算开销，达成共识较慢。	权益证明（PoS）因为没有计算困难，达成共识更快。

要了解算法如何在实践中工作，以及它如何在网络内构建流程，查看一些基于工作量证明共识机制的加密货币：

比特币（BTC）： 采用工作量证明的第一种加密货币，使用SHA-256算法。与其他网络一样，PoW提供了高度的安全性，但需要消耗巨大的能源。在速度方面，区块每10分钟创建一次，在繁忙时期甚至更长；这限制了交易速度。然而，比特币仍然是去中心化和安全性的基准，使其成为加密市场的“数字黄金”。
狗狗币（DOGE）： 第一款基于Scrypt算法的表情币，允许在网络上快速创建区块（1分钟）。能源成本低于BTC，但也可以通过矿池进行挖矿，这降低了入门门槛。矿工的奖励是固定的，为10,000 DOGE。
莱特币（LTC）： 与“黄金”比特币相对的“白银”。LTC也采用PoW和Scrypt算法，这提供了更快的速度，并允许每2.5分钟创建一个区块。相比BTC，它的交易更快且更便宜，这也是一个巨大优势。
Kaspa（KAS）： 一款创新的PoW币，采用GHOSTDAG协议和kHeavyHash算法。它提供了高速度（每秒数十个区块），同时能源成本较低。由于其技术复杂性和新方法，该币以并行区块处理和支持GPU挖矿为特点。