Bitcoin上下文中的工作證明是什麼？

Bitcoin的工作證明通過要求礦工解決複雜的加密難題，確保權力下放和對篡改的抵抗力來確保網絡。

2025/08/10 13:28

了解工作證明的概念

工作證明（POW）是Bitcoin網絡使用的共識機制來驗證交易並確保區塊鏈。它確保了分散網絡中的所有參與者在不依賴中央權威的情況下就分類帳的狀態達成一致。在POW中，礦工競爭解決一個複雜的加密拼圖，第一個找到解決方案的拼圖有權在區塊鏈中添加新的交易塊。這個過程需要大量的計算工作，使其成本高昂且耗時，以改變記錄一旦記錄的任何部分。

工作證明背後的核心思想是創建一個系統，創建一個新的塊需要現實世界中的資源，特別是電力和處理能力。這阻止了惡意演員，因為試圖操縱區塊鏈將要求攻擊者控製網絡總計算能力的50％以上，這種情況被稱為51％的攻擊。這種攻擊的經濟成本使其高度不切實際。

礦工如何參加工作證明

礦工在工作證明系統中起著至關重要的作用。他們的主要任務是從Mempool收集未決的交易，驗證其合法性，並將其捆綁到候選人區域中。完成此操作後，他們將開始尋找滿足當前難度目標的塊標頭有效哈希的過程。

• 收集未經證實的交易並驗證數字簽名
• 構建一個包含上一個塊哈希，默克爾根，時間戳，nonce和版本號的塊標頭
• 通過增加NonCE值，使用SHA-256算法執行重複的哈希
• 繼續直到產生的哈希數量少於網絡的難度目標

第一位發現這種哈希的礦工將街區廣播到網絡。其他節點驗證解決方案，如果有效，則將塊附加到其區塊鏈的副本上。成功的礦工在新鑄造的bitcoin S Plus交易費用中獲得了塊獎勵。

難度調整的作用

為了保持每10分鐘的穩定塊創建率約為一個街區，Bitcoin網絡每兩個星期都會調整一次採礦難度。此調整是基於與預期時間相比，以前的2016年塊被開采的速度。

• 如果塊平均更快地挖出了10分鐘，則難度會增加
• 如果塊花費超過10分鐘，難度會減少
• 儘管總哈希功率波動，但調整可確保網絡穩定

即使更多的礦工加入或離開網絡，這種機制也允許Bitcoin保持功能和可預測。難度目標是在塊標頭中編碼的，必須在每個調整期間由所有節點重新計算以確保共識。

工作證明的安全含義

Bitcoin的安全性與工作證明的能源和計算資源從根本上息息相關。由於更改過去的塊將需要重新挖掘該塊和所有後續塊，因此鏈中的後背越遠，它的計算價格就越昂貴。

• 每個新塊添加了另一層加密承諾
• 重新組織區塊鏈需要重新卸下受影響區塊的所有工作證明
• 網絡會自動拒絕鏈條，而累積工作較少

這使Bitcoin高度抗性。此外，區塊鏈的透明度允許每個參與者獨立驗證每筆交易和區塊的有效性，從而在不需要中間人的情況下加強對系統的信任。

能源消耗和環境考慮

Bitcoin中最討論的工作證明方面之一是其高能量消耗。採礦操作需要強大的硬件，例如ASIC（特定於應用程序的集成電路） ，這些硬件消耗大量電力。批評家認為，這種能量用途在環境上是不可持續的。

但是，許多采礦業務越來越地位於具有盈餘可再生能源的地區，例如斯堪的納維亞半島和中國四川部分地區的水力發電。一些礦工利用否則會浪費的喇叭形天然氣，將其轉化為採礦的電力。儘管能源足跡仍然很重要，但該行業正在發展以納入更可持續的實踐。

採礦的經濟激勵措施也鼓勵效率。礦工不斷尋求較低的電力成本和更有效的硬件，以最大程度地利潤，這推動了節能計算技術的創新。

與替代共識機制的比較

雖然工作證明是Bitcoin使用的原始共識算法，但其他加密貨幣採用了不同的模型，例如銷售證明（POS） 。在POS中，根據其持有的加密貨幣的量來選擇驗證器，並願意將“股份”作為抵押而不是計算工作。

• POW依靠外部資源支出（電力和硬件）
• POS依靠內部經濟激勵措施（固定硬幣）
• 由於理論上的進入障礙，POW被認為更加分散

Bitcoin的設計優先考慮安全性和權力下放而不是能源效率。工作證明提供的不變性和韌性對於Bitcoin的價值主張（作為數字黃金和耐心製度的貨幣制度）至關重要。

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常見問題

是什麼阻止礦工在工作證明系統中作弊？

礦工不能作弊，因為網絡中的每個節點都獨立驗證了塊的有效性及其工作證明。立即拒絕具有無效交易或不正確哈希的塊。產生欺詐性障礙的成本（無論是電力和機會而失去的機會）太高了，無法證明這種嘗試是合理的。

Bitcoin挖掘中的NONCE如何使用？

NONCE是塊標頭中的32位字段，礦工反復改變以產生不同的哈希輸出。由於SHA-256是確定性的，因此更改非CE會改變輸入，從而產生完全不同的哈希。礦工每秒循環數十億個非CE值，直到發現一個低於難度目標的哈希值。

誰能成為Bitcoin礦工？

是的，原則上，任何人都可以參加採礦。但是，由於困難和競爭的高度，使用標準計算機的個別礦工不太可能成功。現在，大多數採礦是使用專門的ASIC硬件和廉價電力的大型運營進行的。個人可以加入採礦池以結合哈希力量並按比例分享獎勵。

為什麼Bitcoin使用SHA-256代替其他哈希算法？
SHA-256因其強大的加密特性而被選中，包括對碰撞和前攻擊的抵抗力。它也是確定性的，可以快速計算有效輸入，並且反向工程較慢 - 理想的工作證明。加密社區的廣泛使用和審查增加了Bitcoin協議中其可靠性和可信賴性。