什么是工作证明(PoW)?比特币如何使用工作量证明来达成共识

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在分析现代区块链网络时,经常会遇到“工作量证明”一词。实际上,我们发现在工作组内部首次提及PoW共识机制 原始比特币白皮书 由中本聪(Satoshi Nakamoto)创建。但是PoW是什么?为什么共识机制对区块链技术至关重要?

工作量证明是指导公共数字分类账内交易,用户和矿工的基础材料。该系统成功地确保了网络内所有交易的及时持续,从而避免了各种恶意活动.

听起来复杂吗?不用担心!我们以易于理解的形式编写了工作证明的解释。在以下各节中,我们将研究PoW网络背后的每种活动和动机.

什么是工作证明?

工作量证明是一个系统,通过纯粹的处理能力,可以阻止任何可能破坏网络稳定性的恶意活动。霍尔芬尼(Hall Finney)于2004年首次提出了这一概念,他提出了“可重复使用的工作证明。’ 当时,PoW的主要想法是防止垃圾邮件和DDOS攻击.

五年后,比特币的匿名创建者中本聪(Satoshi Nakamoto)将芬尼的想法应用到了世界上第一个区块链网络中。与其前身一样,基于区块链的PoW也可以防止恶意活动。但除此之外,这也是使交易在去中心化且不变的分类帐中起作用的驱动力.

PoW是区块链网络中的主要系统,该系统通过为交易提供哈希值并进行确认来处理交易。该系统本身由参与该网络的矿工提供支持,这些矿工通过验证新交易以获取货币奖励来进行支付-在这种情况下为比特币.

因此,我们可以将PoW视为矿工和用户在与区块链网络进行交互时都遵循的布局.

什么是区块链?

区块链是一种形式 分布式分类帐技术, 也许是最简单,最受欢迎的示例。 DLT本身是一个安全的记录系统,使用了多个实例之间共享的复制和同步数据的共识.

双重支出

工作量证明阻止的特定恶意活动称为双重支出。在区块链网络上,所有交易均由代表一定货币价值的数字令牌支持.

如果您要通过比特币网络向朋友发送$ 50,则需要发送X数量的BTC.

但是我们怎么知道这个硬币还没有用于支付其他服务或产品呢?没有PoW,网络将无法准确地验证用户没有两次花费令牌。因此,它使区块链技术无用且与任何原始目的不兼容.

来源 – 双重支出的插图.

一个人可以通过引入一个中央机构来轻松地解决这个问题,该机构可以验证交易并确保硬币不会被花费两次。但是,尽管这样做很容易,但却无助于权力下放。当以与银行相同的方式工作时,为什么还要使用区块链网络呢??

中本聪(Satoshi Nakamoto)通过要求所有网络参与者都可以访问分类帐的整个交易历史记录来解决双重支出问题。通过了解区块链网络历史中的每笔交易,就不可能错过某些令牌是否已被使用的情况。.

因此,中本聪考虑将交易公开宣布。在这种可能性下,该网络的所有用户都可以根据其接收和发送的顺序同意一个交易记录.

时间戳记

由于时间是线性的,因此它是最好的工具,可以告诉我们交易的订购方式。通过标记在交易上创建付款的时间,我们知道其在总账中的位置。因此,我们要加盖时间戳!

在原始的比特币网络中,时间戳服务器用于分配交易的创建时间。服务器仅获取包含大量事务的块的哈希值,并对其加时间戳。然后,该区块的哈希值会公开宣布.

该过程的一个关键组成部分是,时间戳服务器在其当前哈希中包含块的先前时间戳。这样,服务器形成了一个不可中断的链,其中每个时间戳都加强了网络的稳定性,合法性和有效性。.

通过工作量证明在区块链中加盖时间戳

我们在区块链网络中拥有的时间戳服务器版本就是我们所说的工作量证明共识系统。它的工作方式与普通时间戳服务器相似,只是它是分散式的,不需要中央权限.

PoW利用称为的加密哈希函数 SHA-256. 网络本身会为每个事务使用随机数,以便每次都创建不同的哈希,否则,它将始终始终产生精确的哈希.

所有这些过程都受到挖掘行为的支持,挖掘过程是区块链节点解决复杂的“数学”问题以验证和确认交易的过程。完成任务后,网络会根据节点对网络的个人贡献,向节点授予块挖掘奖励的一部分。.

因此,每个节点都会收到与网络中投入的硬件功率成比例的奖励。一个人用来支持比特币网络的处理能力越强,他收到的硬币数量就越高。.

这就是为什么我们在世界各地都有巨大的采矿场,其中充满了数千张图形卡,其处理能力用于验证交易和开采BTC.

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快速总结

为了更好地了解工作量证明的功能,让我们简要地概述整个过程。毕竟,重复是技巧之母,到目前为止,我们已经解释了概念,我们已经在非常短的时间内学到了很多信息.

在谈论区块链网络时,我们想到的是公开,分散和分发给所有各方的数字分类帐。如果您从某人发送或接收付款,则该交易将永久记录到网络中.

每个单独的交易都堆积成一个块,可以在任何给定时间进行数千笔交易。一旦区块准备好验证所有这些交易,矿工将执行难以置信的艰巨工作来确认区块。确认后,它将永久记录在网络中,而没有任何机会破坏或编辑记录的信息.

工作证明对于此过程至关重要,因为它可以防止信息篡改。这是通过根据创建或验证的时间和顺序为每个事务和块加上时间戳来完成的。验证过程是通过散列,一长串数字进行的.

哈希用于确认接收到的数据与原始数据匹配。在这种情况下,原始数据是指网络上确认的所有过去交易。如果一个区块与之前的区块不符并且哈希值不匹配,那么矿工将无法验证交易.

矿业

现在我们已经总结了什么是哈希和时间戳,现在让我们更好地了解挖掘的行为。如果仅使用计算机生成并确认哈希,我们最终将完成一项仅需几秒钟即可完成的工作。为了防止这种情况发生,我们需要将工作放入工作量证明中.

所有区块链网络都设置了一定的难度,这使得挖矿变得困难。挖完每个块后,大约每10分钟调整一次难度。难度由网络本身设置,网络为哈希建立了一种目标。目标越高,开采整个区块就越困难.

来源 – 设置难度由网络发生.

如前所述,矿工在散列时使用随机数。这些随机数代表一个整数(一次使用一个数字),这使得矿工有可能生成低于目标难度的哈希值。矿工发现了一个有效的哈希,它被整个网络共享,并且交易区块被添加到了区块链网络中.

工作证明VS股权证明

除了工作量证明,还有另一个共识机制,称为权益证明。开发人员目前正在为哪种机制更适合区块链网络而奋斗,因为每种模型都有各自的优缺点.

如果您听说过股权证明(PoS),那么您很可能听说过 以太坊2.0 也一样为了使他们的网络更高效,可扩展和更具成本效益,开发人员决定基于PoS为以太坊创建一个新的网络。.

PoS概念可以追溯到2011年,但现在才得以实施。如果成功,以太坊可能成为权益证明的第一个较大的实现之一。但是什么是PoS,与PoW相比有何不同?

本质上,区别在于谁支持网络。 PoS使用验证程序代替矿工。新网络与PoW完全不同,因为它不需要挖掘,也不需要预测哈希.

根据权益证明,网络会随机选择一个必须提出阻止的用户。如果该区块有效,他将获得包括区块交易费用在内的奖励。考虑到这一点,我们可以得出结论,随着交易费用的增加,验证者会获得更多收入.

PoS根据多种因素选择用户,这些因素决定了他是否将成为提交区块的人。首先,用户必须放权令牌才能成为验证者.

赌什么?锁定网络的本机令牌的行为。本质上来说,赌注是提供抵押品以便有资格成为网络参与者的过程。对于以太坊2.0,用户必须存入32 ETH.

为什么下注如此重要,为什么用户必须“付费”以验证网络?因为这是激励诚实和消灭作弊的方法。如果验证者的表现不佳或行为不当,则网络将占用验证者的股份.

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PoS比PoW好吗?

由于以太坊正在从PoW迁移到PoS,因此肯定有动机来说明为什么开发人员现在要迁移。这是否意味着PoS优于PoW?如果是,为什么??

您可能已经猜到了,PoS消除了验证交易所需的硬件功能。结果,该机制更加环保,并降低了运营采矿场的成本。比特币农场消耗大量电力,一些专家认为这是一个障碍,因为它加剧了世界污染.

就以太坊2.0而言,开发人员也出于另一个原因而转向PoS。根据创作者Vitalik Buterin的说法,股权证明将使网络更加分散和安全。此外,共识机制还将有助于降低费用,并使以太坊对其用户更具可扩展性.

到目前为止,比特币的工作量证明设计是唯一成功证明可以大规模运行的网络。以太坊对PoS网络的作用还有待观察,因为我们无法确定新设计是否会真正起作用或改善网络.

权益证明的另一个问题是,与PoW相比,这些网络的安全性较低。没有矿工带来的安全性,可能更容易操纵甚至攻击PoS区块链网络.

考虑到上述事实,我们所能做的就是观察以太坊2.0的性能。如果在可扩展性方面超过比特币,那么我们可以认为PoS无疑是一个更好的选择。如果不是这样,PoW仍然是区块链网络之王.

结论

工作量证明是一种用于抵制双重支出的共识机制,该问题使用户可以多次使用相同的加密货币。中本聪(Satoshi Nakamoto)通过许多过程将PoW实施到了比特币中,包括挖掘,哈希和时间戳.

所有这些过程相结合,使比特币分类账可以保持分散,分散和公开。除PoW之外,我们还有一个新的共识机制,即权益证明,它完全省略了挖掘的概念。.

PoS比PoW更好吗?从理论上讲,是的。但是,仍然必须通过为数千名用户服务的大型区块链网络在实践中加以证明。以太坊2.0是开发人员进行的第一个认真尝试。该项目是否能够成功利用PoS尚待观察。在此之前,PoW仍然是组织区块链网络的最佳形式.

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