比特幣工作量證明，“法外之地”的法——BB財經_區塊鏈:區塊鏈比特幣中國官網聯系方式

PoW是區塊鏈技術中基本的、常見的一種共識機制。加密幣中的挖礦，其實就是運用工作量證明來進行的。

一、PoW的起源

工作量證明最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的衡量機制。通俗來說，就是當你完成一定量的工作后，確認這一工作量的證明。因為監測整個工作的過程是非常的耗時的，而只通過檢驗工作結果來確認工作量，顯然效率要更高。

工作量證明系統，是一種應對拒絕服務攻擊和其他服務濫用的經濟對策。它要求發起者進行一定量的運算，也就意味著需要消耗計算機一定的時間。這個概念由CynthiaDwork和MoniNaor1993年在學術論文中首次提出。

在1999年，MarkusJakobssonandAriJuels兩人將pow概念引入計算機體系，工作量證明這個名詞，在兩人的文章中被真正提出。起初，PoW被用于抵擋拒絕服務攻擊和網絡爬蟲，后來在反垃圾郵件中被廣泛使用。

數據：超過一年未活躍的比特幣供應量占比創歷史新高:8月27日消息，Glassnode數據顯示，超過一年未活躍的比特幣供應量百分比創歷史新高，占比65.737%。[2022/8/27 12:51:50]

反垃圾郵件系統哈希現金，其設計理念是一個正常用戶寫一封郵件是需要一定的時間，而發送垃圾郵件者是無法接受這個等待的時間，PoW系統使垃圾郵件發送者需要更多的時間來發送郵件，增大他們的成本，起到抵擋攻擊的作用。

PoW共識機制是基于哈希函數本身復雜的運算，通過給定的初始值和簡單的值遞增規律，利用其碰撞原理，找到特定的碰值，可以通過對碰值的調節，實現對于工作量的調節。

工作量證明二、哈希函數

哈希函數即散列函數，輸入一個x，會得出相應的輸出H。其中，這里的x可以是任意長度的字符串，而輸出的H卻具有固定長度，哈希函數正是將任意長度的數據映射到有限長度的域上。在計算過程上，雖然復雜，但非常高效。

WinShore創始人：比特幣的最大威脅不是監管或馬斯克:WinShore資本創始人兼首席投資官表示，比特幣的最大威脅不是監管或馬斯克對比特幣存亡威脅最大的不是監管或馬斯克，而是美國最大能源管道被黑客入侵導致汽油短缺，且贖金用比特幣支付一事。這是我記憶中發生在美國本土最嚴重的一起恐怖襲擊，還是由比特幣資助的。如果比特幣可以繞過美元銀行體系為行動提供便利，那么還有什么其他是不可能的呢？這對洗錢來說是顛覆性力量，也為犯罪勢力提供了新的解決方案，因此比特幣必須“死亡”。(金十)[2021/5/24 22:36:28]

比特幣這種加密系統使用的哈希函數，還需要同時具備免碰撞、匿名性、防篡改等特點。

免碰撞指的是：如果輸入的x≠y，絕不會出現H=H的情況，即輸入兩個不同的數據塊，其哈希值一般來說也不會相同。理論上相同的可能性并非絕對沒有，但概率極小。所以，對于一個給定的數據塊，要找到與它哈希值相同的數據塊極難。

動態 | CME比特幣期貨合約日均交易量在2018-2019年間增長了75％:金色財經報道，芝加哥商品交易所集團（CME）的現金結算比特幣期貨合約已經運作兩年。截止2019年12月17日，CME已完成約250萬份合約交易。平均每日交易量（ADV）在2018年至2019年之間增長了75％，在2019年5月13日達到創紀錄的33,677張合約。比特幣未平倉合約（OI）在2018年至2019年之間增長了66％，2019年7月1日創下了6128份合約的新紀錄。此外，2019年第二季度和第三季度新增帳戶的數量有所增加，唯一地址的數量從2018年12月的不到500個增加到了3600個。[2019/12/20]

哈希函數的隱匿性是指，對于一個給定的輸出結果H(x)，想要逆推出輸入的x，在計算上是不可能的。

聲音 | 比特幣核心開發者Jimmy Song：Facebook非首次發幣 看起來只是個噱頭:Facebook的Libra區塊鏈測試網推出在即，社區熱議不減。比特幣核心開發者Jimmy Song在采訪時表示，Facebook之前就已經發行過數字貨幣類似物：2011年面向公眾發布的Facebook Credits（Facebook積分）。Facebook Credits可用于付費使用該平臺提供的游戲以及其他一些非游戲類應用，10個Facebook積分等價于1美元，可兌換包括英鎊在內的15種法幣，甚至配套了專門的支付處理公司Facebook Payments。然而，Facebook于次年宣布該項目擱淺，該積分于2013年正式退役。

Jimmy評價當年的Facebook積分是一個“極大的失敗”，坦言道“他們曾經極力想從自身平臺的游戲上提取、壓榨價值，像Farmville那樣，結果是這些游戲都玩完了。現在他們又對自己的商業生態里下手，他們嘗試了同城交換、P2P支付等等，這些業務的結局可能和Facebook積分并無二致。”至于Facebook宣傳的數字貨幣屬性，Jimmy直言“看起來只是噱頭”。[2019/6/17]

而對于數據塊的任何一處小小的改動，哈希值隨之產生的變動都會非常明顯，這一點構成了哈希函數的防篡改特點。

同時，在這一函數中，窮舉法是能夠使得哈希值H落在特定范圍的最好方法。在比特幣的區塊鏈上，使用哈希窮舉實現工作量證明能夠擁有隨機和易驗證兩種特性，這兩種特性將于后文中提到。

工作量證明三、工作量證明的原理

在工作量證明系統中，客戶端完成一定難度的工作，得出一個結果，驗證者只需通過驗證這個結果就能檢驗客戶端是否做了相應的工作。這種方案的一個核心特征是不對稱性：工作對于請求方是適中的，對于驗證方則是易于驗證的。其工作流程如下：

對于任意一串字符，給出了一定的工作量要求，對這串字符進行變更，使其得到具有特定規律的一個結果，若得到這個結果，則驗證通過。為了達到這個目標，需要不斷地對這串字符進行哈希計算，直到計算量達到一定次數時，才能得到要求的變更后的數列。

在計算之前，根據工作量要求可以得出預期的計算次數，這個預期的次數和實際不一定完全吻合，但會大體接近，如果重復多次，會發現這確實是一個符合統計學規律的概率事件。而

這里提到的預期計算次數，其實就是要求的工作量。

以上是工作量證明的基本原理，比特幣系統中的工作量證明機制與其類似，但更為復雜。

工作量證明四、比特幣的工作量證明

在工作量證明的區塊鏈中，系統會根據算力大小來選取打包的節點，對于節點來說，單純的打包和數據上傳非常簡單，不過，系統需要選取一個特定的節點來處理某件事，為了避免眾多節點對同一件事打包而引起不必要的分叉，比特幣通過前文中提到的哈希窮舉，增加打包難度，以延長打包時間。

簡言之，就是每個節點都需要在10分鐘內找到一個隨機數，并保證這個隨機數加上上文所說的哈希運算，能夠滿足一定的規律。為了找到這個隨機數，只能通過不斷嘗試新的隨機數，不斷的運算。而隨著運算量的增大，目標范圍也會不斷縮小。

哈希窮舉的隨機性和易驗證性在這里體現了出來。首先，即使知道了這個隨機數的范圍，也只能通過大量計算去得到；然后，如果有人找到了隨機數，那么其他節點能夠很容易地檢驗這個結果的正確性。

如果算力增強，就需要修改難度以增加計算次數，比特幣中就有修改難度的規則。所以，想要找到這樣一個隨機數，計算量要遠遠大于預期的工作量。

為了鼓勵節點不斷地對數據和信息進行打包，比特幣的區塊鏈網絡設置了獎勵，即支付給打包節點的獎勵和交易費。

打包獎勵是指創建區塊的節點會獲得一定數量的比特幣作為獎勵，獎勵的數量隨著比特幣區塊的生成而減少。

交易費即使用比特幣轉賬時支付給記賬節點的費用，這是支持節點工作、維護區塊鏈自動運轉的重要因素。

這兩種打包獎勵都是通過工作量證明來進行，在比特幣中也就是為人所熟知的挖礦行為。而衍生而來的礦機，在一開始其實是個人計算機這樣的運算設備，隨著算力的提高，難度的增大，專業礦機誕生。自始至終，算力的競爭從未結束，而難度和算力也在不斷進行博弈。

工作量證明的優點是足夠安全、公平和去中心化，其免碰撞、匿名性與不可篡改的特點奠定了比特幣區塊鏈技術的核心；但它的缺點也很明顯，耗時長效率低，算力提高的同時耗費了電力，除了挖礦，這些強大的算力難以轉化成其他資源。

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