入门区块链——工作量证明

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不同于银行有中心化的账本，区块链是一种去中心化的账本记录。由于点对点网络存在延迟，就需要设计一种机制，记录差不多时间内事务发生的先后顺序。这种机制就是共识机制。

共识机制是区块链的灵魂，确保交易数据的一致性。今天要说的就是共识机制中的一种，工作量证明（Proof-of-Work，PoW）。

先来看一个小故事。

有一天，马老板和他的手下说，我这里有100元的人民币，谁能猜中上面的后四位编码（鉴于难度，前后误差不小于5吧），就可以拿到这笔钱。

于是大家陷入热烈的讨论。有的随机报数1147、2345、8989……有的掐指回忆，有没有特殊数字。当然啦，哪有这么好算出来的。

如果把这个故事放在区块链中，100元相当于工作奖励，员工不停地猜数字相当于在工作，后四位编码相当于哈希值。如何获得工作奖励？那就要猜中编码。

PoW，其实就是选择由谁来完成记账，并且给予奖励。这个谁不是老板说了算，而是最先解决这个数学问题的人。由于问题中的哈希函数有加密安全性，解决问题只能靠尝试所有的可能性。那么计算机的算力就至关重要。大概率上来说，算力越高，就越容易获得奖励。

目前比特币采取的共识机制，就是PoW。它的优势在于：

（1）算法简单，容易实现；

（2）节点间不需要交换额外的概念就可以达成共识；

（3）因为对算力和电力的要求高，导致破坏的成本也很高。

下面这张图就能很好地解释。假设所有人都在第91区块。但是一个矿工想在74区块修改一笔交易，那他就必须重做74-90区块，再做91区块。相当于要多花18个区块的算力。更糟糕的是，他必须在比特币网络中的每个人完成91区块前，做好上述全部的工作。

也就是说，这么大的硬件成本和电力成本去做破坏，实在是不值得。

那PoW的劣势也很明显：

（1）浪费了算力和电力，摩根士丹利的一份报告指出，2018年比特币的电力需求量将增至三倍以上，耗电量可能会超过125太瓦时，这与阿根廷整个国家一年的能源消耗量相同。

（2）区块的确认时间很难缩短；

（3）如果集中算力，就很容易对比特币网络产生攻击。很著名的理论是“51%攻击”，如果集齐世界上51%的算力去攻击，就相当于美联储内部更改数据，随意掌控金融数据了。