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科普篇 | 了解比特币挖矿的共识机制POW

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我们知道,区块链就是一个去中心化的账簿。而且这个账簿是公开可查的,任何人都可以浏览查询每一笔交易。对于区块链系统而言,需要有人来参与完成记账工作维护整个账簿,而挖矿实际上就是在记账,这个工作的奖励就是相应的数字货币。

那么问题来了,如何才能让矿工持续稳定的参与挖矿呢?

这里就涉及到了共识机制的问题。比特币通过共识机制来维持区块链的正常运转。比特币的创始人中本聪在设计比特币时,采用了名为PoW的共识机制,矿工通过各自的算力公平竞争,争夺整个网络的记账权。



01
什么是PoW机制?
PoW (Proof-of-Work),中文一般翻译为 工作量证明机制,是比特币等多种数字货币的共识算法。 简单的说 ,就是一份用来确认你做过一定量工作的证明。 就像你的大学毕业证,证明了你确实有四年大学的学习经历。 工作量证明机制,就是用工作量结果来证明贡献大小,再根据贡献大小确定记账权和奖励。
这个证明过程,是依赖计算机进行数学运算进行的。可以理解为:大家都去解答同一个题目,谁先算出来,谁就获得在区块链系统中的记账权,并得到相应报酬,这个报酬就是网络产生的数字货币。比如,在比特币的网络系统里,谁先把结果计算出来,谁就先得到比特币作为奖励。
PoW 的优点是,完全去中心化,公平公正,不需要中心化的管理机构,用户(即节点)之间实现了公平竞争,谁先算出题目,谁就获得相应奖励。
其主要缺点是需要消耗大量的资源。大家一起进行运算,都要耗费算力,而最终有效的只有一个用户所做的功,其他人做的都是无用功。这耗费了大量电力资源。当然,任何一个系统的正常运转,都需要消耗相应的资源或者能量。所以,严格意义上来说,消耗资源这个算是 PoW 共识机制的特点,并不完全是缺点。
02
为什么选择PoW?

有奖励矿工才有动力,但奖励分配公平才能让老的矿工持续努力,新的矿工也源源不断地进入。
比特币的PoW机制,证明工作量的是算力。 每一道题,只能靠矿机计算,谁算得越快,谁就越有可能获得奖励(付出越多回报越大,即确定性)。但算得快、算得多不代表算得准(随机性),因此付出算力的矿工都有机会获得奖励。
整体而言,付出就有收获,付出越大收获越大。 所以,比特币的PoW机制分配奖励保证了所有参与的矿工处于公平的地位,矿工们愿意持续挖矿。比特币系统也为此公平合理地分配了系统的记账权,将记账权分配给了认真工作的矿工手上。这保证了整个比特币网络在过去的10多年时间里,无论比特币的价格如何暴涨暴跌,比特币的网络始终平稳运行。
所以,POW共识机制包含了促使比特币系统有效运转的激励机制,是比特币建立信任的基础。共识机制也是区块链的核心基石,是区块链系统安全性的重要保障。让分散在全球各地成千上万的节点就区块的创建达成一致的意见。

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