PoW 工作量證明是什麼意思?和 PoS 比較如何?PoW 已經過時了嗎?2023 年最新版

更新於 2023/8/19 上午11:32:59

長話短說

  • PoW 工作量證明是指通過消耗算力來驗證交易或創建新區塊,完成工作量的節點可以獲得獎勵(通常是虛擬貨幣)。
  • 需要消耗算力來挖礦的幣,都是使用 PoW 機制的幣。比如:BTC 比特幣、LTC 萊特幣等。
  • ETH 以太幣曾經使用 PoW 機制,但是目前已經升級為使用 PoS 機制。
  • 目前使用 PoW 機制的幣的市值佔到了虛擬貨幣總市值的 60% 以上。

PoW 是什麼意思?

PoW(Proof of Work)工作量證明是在區塊鏈中最常見的共識機制算法。這種算法要求節點(或礦工)使用算力來解決一個複雜的數學問題,以驗證交易並創建新的區塊。解決這個數學問題的節點將獲得相應的獎勵,最常見的獎勵就是虛擬貨幣。這個過程更常見的稱呼是:挖礦。

工作量證明的一個重要特點是公平性,因為所有節點需要消耗相同的算力和資源才能獲得獎勵,沒有節點擁有特權來輕易地獲得獎勵。

解決數學難題不是 PoW 的真正目的,只是通過這個手段來佔據算力資源,當大多數節點都參與到工作量證明的運算中時,攻擊者進行攻擊的成本就會非常之高,於是區塊鏈的安全就得到了保護。

PoW 的核心在於,誠實行事可以獲得收益,而作弊需要付出的代價極大。

共識機制是什麼?

共識機制是指在區塊鏈或分佈式系統中,用於確定交易或區塊的有效性和順序的一套規則或算法。它的主要目的是讓參與者就區塊鏈中發生的事件達成共識,以確保數據的一致性和可信度。

共識機制通常用於解決以下問題:

  • 防止雙重花費:確保同一筆資產不會被同時用於多筆交易,也被稱為雙花攻擊、雙重支付。
  • 順序和時間戳:確定交易或區塊的先後順序,以及確認它們的時間戳記。
  • 建立節點信任:建立一個系統,使參與者能夠信任彼此的行為和數據。

PoW 如何運作?

PoW 的運作方式可簡單歸類為以下 5 個步驟:

  1. 挑戰:一個區塊鏈網絡中的節點(例如礦工)被給予一個數學問題挑戰,通常是一個複雜的計算問題。
  2. 工作:節點需要通過不斷嘗試不同的數值(稱為 nonce)來解決這個挑戰。它們的目標是找到一個正確的 nonce,使得將該 nonce 與區塊中的其他數據結合起來後,計算出的數學問題答案(哈希值)滿足特定的條件。
  3. 驗證:當一個節點找到了符合要求的 nonce,它將該 nonce 和相關數據組成一個新的區塊,並廣播給整個網絡。
  1. 確認:其他節點在接收到新區塊後,會驗證該區塊的工作量是否正確。它們通過檢查 nonce 和哈希值,確認該節點已經完成了挑戰並解決了問題。
  2. 獎勵:完成挑戰並成功生成新區塊的節點(礦工)將獲得一定數量的虛擬貨幣獎勵,作為他們投入計算資源和時間的回報。

舉個例子

老師給了一道很難的數學題,讓全班同學一起解答,大家絞盡腦汁答不出,只有你算出了答案是 6。然後請其他同學把 6 這個答案帶入題目來驗算,發現 6 確實是正確答案。於是老師就會給你一些糖果作為獎勵。

PoW 的優缺點是什麼?

PoW 的優點

  • 安全性:PoW 機制下,攻擊者需要掌握大量的計算能力才能修改過去的區塊或進行惡意行為,讓攻擊行為的成本高於收入,從而阻止攻擊行為。
  • 抗攻擊性:由於需要龐大的計算資源,PoW 可以阻止一些常見的攻擊,例如雙花攻擊、篡改數據。
  • 維持區塊鏈的去中心化:PoW 允許任何人都能參與區塊鏈網絡,這使得網絡更加去中心化,沒有任何單一實體可以控制整個系統。

PoW 的缺點

  • 能源消耗過高:PoW 需要龐大的計算能力和能源消耗來解決數學問題,這對環境造成了負面影響。
  • 速度和可擴展性:由於每個區塊需要完成一個計算問題,PoW 的交易處理速度較慢,且可擴展性有限,當交易量增加時,可能會導致延遲和堵塞。
  • 51% 攻擊:區塊鏈的算力不足時可能面臨 51% 攻擊。

51% 攻擊是什麼?

51% 攻擊是指攻擊者控制了超過網絡總計算能力的51%以上,從而控制整個網絡。於是攻擊者可以篡改交易、中斷服務、或者同一個時間段內使用相同的數字資產進行多次交易(雙花攻擊)。

51%攻擊在大多數大型區塊鏈網絡中是困難且昂貴的,但較小型區塊鏈遭受 51% 攻擊的可能性較高。比如 2019 年 1 月 5 日 ETC 因算力不足,疑似在 7,245,623 的區塊高度上發生了 51% 攻擊,在兩天內 ETC 受到了 11 次疑似雙花攻擊,共損失約 46 萬美元的 ETC。

PoW 對比 PoS

比較PoWPoS
意義通過解決難題來獲得收益通過持有和鎖定代幣來獲得收益
能源消耗
安全性高(需要多數計算能力的攻擊)高(需要多數代幣的攻擊)
去中心化
參與程度所有節點都能參與挖礦只有持有代幣的節點能參與
擴展性較長的區塊時間和大小較短的區塊時間和大小
環境友好能源消耗較高能源消耗低
投票權按計算能力分配按持有代幣數量分配
PoW(工作量證明)和 PoS(權益證明)的比較表格

什麼是PoS

PoS( Proof of Stake,權益證明)也是一種區塊鏈共識機制。在 PoS 機制中,權益持有者(通常是持有代幣的節點)根據其持有的代幣數量來競爭權利。簡單來說,持有更多代幣的人將更有機會被選為下一個區塊的創建者。

閱讀完整的 PoS 權益證明介紹,請點擊《PoS 權益證明是什麼意思?PoS 的優缺點是?和 PoW 對比如何?

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目前使用 PoW 機制挖礦的幣有哪些

目前使用 PoW 機制的虛擬貨幣,市值排名前十的為:

  1. BTC 比特幣
  2. DOGE 狗狗幣
  3. LTC 萊特幣
  4. XMR 門羅幣
  5. ETC 以太坊經典
  6. BCH 比特幣現金
  7. CFX
  8. BSV
  9. ZEC
  10. RVN

以太幣使用 PoW 機制嗎?

ETH 以太幣曾經使用 PoW 機制,但是以太坊已經於 2022 年 9 月 15 日完成合併,已經從PoW 轉向 PoS 機制。

PoW 機制過時了嗎?

PoW 機制確實存在一些挑戰,包括能源消耗高、網絡擁堵和潛在的中心化風險。所以有些人認為 PoW 在某種程度上可能不再適應當前的區塊鏈發展需求,並提出了其他共識機制如 PoS 來解決這些問題。

然而,PoW 是一種經過驗證和廣泛應用的共識機制,確保了去中心化網絡的安全性和可信度。目前超過 60% 市值的虛擬貨幣在使用 Pow 機制。所以關於 PoW 機制是否過時的問題,目前還沒有定論。

參考資料