工作量证明 (Proof-of-work, PoW) 是计算机科学中用于验证交易或计算并防止恶意活动（如拒绝服务攻击）的一种系统。它是最初的加密货币共识机制，用于证明已完成某些计算并防止双重支付。它最早由比特币使用。^[4][5]\

概述

它被称为“工作量证明”，是因为网络需要巨大的处理能力。工作量证明区块链由全球各地的虚拟矿工通过竞争率先解决数学难题来确保安全并进行验证。获胜者可以用最新的已验证交易更新区块链，并获得网络奖励的预定数量的加密货币。^[3]

工作量证明的目的是确保只有合法用户能够生成有效的解决方案，并防止双重支付等恶意活动。在比特币中，工作量证明被用于确保区块链保持安全和有效。

工作量证明 (PoW) 的构想最初由 Cynthia Dwork^[6] 和 Moni Naor^[7] 于 1993 年发表，后来由 中本聪 (Satoshi Nakamoto) 在 2008 年的比特币白皮书中应用。“工作量证明”一词最早由 Markus Jakobsson^[1] 和 Ari Juels^[2] 在 1999 年的一篇出版物中使用。^[5]

技术原理

比特币是一个区块链，即一个包含有史以来每笔比特币交易历史的共享账本。这个区块链由区块组成——每个区块中存储着最近的交易。
 
工作量证明是向比特币区块链添加新区块的必要部分。区块由矿工开发，矿工是生态系统中执行工作量证明的角色。每当矿工提出一个新的获胜工作量证明时，网络就会接受一个新区块，这大约每 10 分钟发生一次。
 
寻找获胜的工作量证明非常困难，需要昂贵的专用计算机。矿工尝试猜测匹配的计算，如果成功，将赚取比特币。他们进行的计算被称为“哈希 (hash)”，它接收输入并产生一串随机的字母和数字。
 
矿工的目标是生成一个与比特币当前“目标值”匹配的哈希。这需要一个带有大量前导零的哈希，这是一种极低概率的事件。尽管如此，全球矿工每秒计算数万亿次哈希，通常需要大约 10 分钟才能达到目标。
 
谁先达到目标，谁就会获得一批比特币加密货币奖励。随后，比特币协议会创建一个新值，矿工必须对其进行哈希计算，矿工们再次竞争寻找获胜的工作量证明。^[8]

PoW 的特点

• 寻找数学问题的解非常困难。
• 验证该解的正确性非常容易。^[5]

PoW 面临的挑战

51% 攻击风险

如果一个控制实体拥有网络中 51% 或超过 51% 的节点，该实体可以通过获得网络的大多数控制权来破坏区块链。^[5]

耗时

矿工必须检查许多随机数 (nonce) 值，才能找到挖掘区块必须解决的难题的正确解，这是一个耗时的过程。^[5]

资源消耗

矿工为了找到困难数学难题的解，需要消耗大量的计算能力。^[5]

非即时交易

交易确认大约需要 10-60 分钟。挖掘交易并将其添加到区块链从而提交交易需要一定的时间。^[5]