什么是工作证明(POW)？

工作证明（Proof of Work，简称 PoW）是一种密码学机制，其目的在于确保数字交易的真实性。许多加密货币，包括比特币，都将工作证明作为其加密挖矿机制的基础。

从本质上讲，工作证明要求在新的交易数据块被生成之前，必须解决一个复杂的数学难题。解决这个难题需要耗费大量的处理能力，这直接导致了高昂的能源成本。因此，挖掘比特币和其他加密货币需要消耗大量电力和处理能力。但这并非全然是坏事，因为投入如此多的能源和资金去挖矿，也是比特币交易能够被信任为合法价值转移的原因。

工作证明的要点

• 用于确保区块链上交易安全的方法。
• 在加密货币挖矿中使用的机制。
• 它是预防双重支付攻击的关键元素。
• 需要解决复杂的密码学难题才能在链上创建新的区块。

为什么我们需要工作证明？

像比特币这样的加密货币没有实体形态，这使得它们容易受到双重支付攻击。双重支付攻击发生在同一笔货币被重复使用两次的情况。在首次使用之后，攻击者会撤销交易或删除所有记录，从而允许他们在实际上并未放弃任何货币的情况下完成交易。

工作证明（PoW）是区块链机制中的核心部分之一，有助于防止区块链数据被篡改。生成 PoW 需要大量的处理能力，这相当于能源成本，以验证网络中的每一笔交易。由于所有交易都需要一定量的工作来进行验证，因此制造虚假交易也需要投入工作和资金。这种安全特性确保了所有交易的合法性，并且确保货币只被使用一次。

该方法已被证明是确保加密网络安全的可靠方式，但它确实创造了巨大的能源需求。因此，许多加密货币正在探索替代工作证明的选项。其中最领先的是权益证明（Proof of Stake，简称 PoS）。

工作证明如何运作

数据被储存在区块链上，恰当地命名为“块”。这些区块一个接一个地串联在不断增长的链上。每个区块都包含一个独一无二的哈希值，它作为一个 ID 号，并由几个已知元素（包括交易和前一个区块的哈希）以及一个未知的随机数（称为随机数 nonce）组成。

如果对任何构成哈希的元素进行更改，区块的哈希值就会发生显著变化。这意味着改变链上的一个区块需要更改其后所有区块，因为它们的哈希值会不同。因为需要工作证明来计算每个哈希，所以需要大量的计算工作才能修改区块链中的交易数据。

猜测随机数 nonce

解决工作证明问题更像是一场彩票而非竞赛。就像金矿工人用镐挖掘矿脉，希望找到黄金一样，比特币矿工对数据块进行尝试，希望能够解锁它。主要的区别在于，比特币矿工是在盲目地进行尝试。

组成区块的大部分元素是提前已知的。矿工的任务是找出唯一一个提前未知的变量——随机数 nonce。这是一个随机生成的数字串，只能通过不断尝试来找出。

矿工无从知晓他们距离找到随机数 nonce 有多近。他们能做的就是一次又一次地尝试，直到有人随机地做对了。这是一个无法更智能地工作，只能更辛苦地工作的系统。每一次尝试解决问题都需要一定的处理能力，而且处理能力越强，同一时间内完成的尝试次数就越多。这使得矿工成为挖掘区块并获得随之而来的奖励的可能性更大。

区块奖励作为报酬

矿工通过交易费用和新挖掘的货币获得报酬。对于大多数加密货币来说，解决一个工作证明问题会创造一些新的货币。这些货币被奖励给解决问题的矿工。一些加密货币对挖掘出的新货币数量没有限制。其他一些，比如比特币，有固定的可能产出货币总量。

随着更多矿工竞争开采新区块，工作证明问题变得更困难。因此，矿工找到正确组合的平均时间保持不变。这个平均时间，称为区块时间，根据不同货币而有所不同——比特币是 10 分钟，莱特币是 2.5 分钟等等。

是否进行挖矿？

任何人都可以作为矿工加入网络（这适用于大多数，但不是所有的区块链）。然而，运行一个能够盈利挖掘知名加密货币的装置的能源成本是巨大的。早年间，比特币可以使用标准计算机来挖掘。但那些日子早已一去不复返。今天，需要使用昂贵的专用设备来解决工作证明问题。这些被称为 ASIC 的处理器在挖掘方面如此高效，以至于普通计算机根本无法与之竞争。

为了盈利地解决工作证明问题，需要在设备和技术知识上进行大量投资，这对每个人来说可能并不可行。对于有兴趣获取加密货币的个人，一个替代方案是：使用交易所购买加密货币。