什麼是“工作證明”，與採礦有何關係？

了解工作證明的概念

工作證明（POW）是區塊鍊網絡中使用的共識機制，以驗證交易並確保網絡。它要求參與者被稱為礦工，才能解決複雜的數學難題，然後才能向區塊鏈添加新的交易塊。 “工作證明”一詞是指已經花費了計算工作來解決難題的證據，以確保擬議的塊是合法的。這種機制可防止惡意參與者輕鬆地操縱區塊鏈，因為更改任何區塊都需要重做該塊和所有後續區塊的工作，這在計算上是不可行的。

POW中的數學問題通常基於加密哈希。礦工必須找到符合特定標準的哈希值 - 通常一個低於目標閾值的標準。這個過程是概率的，需要大量嘗試，每種過程都涉及塊數據的略有更改，尤其是通過稱為Nonce的值。拼圖的難度會動態調整以保持一致的塊創建時間，例如Bitcoin中的每10分鐘。

礦工在工作證明系統中的作用

礦工是任何POW區塊鏈的骨幹。他們的主要功能是收集未決的交易，驗證其有效性並將其包裝到候選區塊中。一旦組裝了一個塊，礦工就開始尋找有效的哈希。這涉及：

• 收集來自Mempool的未經證實的交易
• 驗證數字簽名並確保沒有雙重支出
• 構建塊標頭，其中包括上一個塊的哈希，交易的默克爾根和時間戳
• 使用加密函數（如SHA-256）重複遞增Nonce並散佈塊標頭

每個哈希嘗試都是獨立的，成功取決於計算能力和運氣。第一位找到滿足網絡難度目標的哈希的礦工會將解決方案廣播到網絡。其他節點快速驗證解決方案，如果有效，則將塊添加到其區塊鏈副本中。

採礦硬件如何演變為工作證明

最初，可以使用標準CPU進行挖掘。但是，隨著網絡的增長，困難增加，使CPU開採效率低下。礦工開始使用圖形處理單元（GPU），因為他們可以執行比CPU快得多。 GPU為哈希操作提供了重大的性能提升。

後來，專門針對Bitcoin等採礦加密貨幣開發了特定於應用程序的集成電路（ASICS） 。與通用硬件相比，這些設備僅用於計算SHA-256哈希的優化，並提供卓越的性能和能源效率。 ASIC的興起導致大型採礦場中的採礦能力集中，尤其是在低電力成本的地區。

使用的硬件直接影響礦工的競爭能力。較高的哈希速率（每秒哈希量）首先解決了解決難題的可能性。礦工經常加入採礦池，以結合其計算資源並按比例分享獎勵，從而減少了收入的差異。

工作證明採礦背後的經濟激勵措施

為了鼓勵參與，POW區塊鏈提供財務獎勵。當礦工成功添加一個區塊時，他們會收到兩種類型的補償：

• 塊獎勵是固定數量的新創建的加密貨幣（例如，Bitcoin的6.25 BTC，截至最近的下半部
• 用戶支付的交易費用將其交易包含在塊中

這些激勵措施對於維持網絡安全至關重要。沒有獎勵，礦工將沒有動力投資昂貴的硬件和電力。塊獎勵旨在通過Bitcoin減半（大約每四年發生）等事件（例如每四年發生一次）減少隨著時間的推移而減少。這種稀缺的模型模仿貴金屬，例如黃金。

採礦的成本包括硬件採集，維護，尤其是電力消耗。盈利能力取決於加密貨幣的當前價格，礦工的哈希速率，功率效率和當地電量。一些礦工在寒冷的氣候下運營以降低冷卻成本，而另一些礦工則尋求可再生能源以降低運營費用。

工作證明網絡中的安全性和不變性

POW最重要的優勢之一是其抵抗攻擊。要更改過去的障礙，攻擊者將需要重新挖掘該障礙物和隨後的所有塊，需要超過網絡的總哈希功率的50％以上，這種情況被稱為51％的攻擊。鑑於所需的巨大計算資源，這種攻擊在Bitcoin等大型網絡上在經濟上是不切實際的。

POW的分散性質可確保沒有任何一個實體控制區塊鏈。每個節點都獨立驗證塊和交易，拒絕任何不符合共識規則的人。這種冗餘增強了信任和透明度。

此外，採礦中花費的能量是支持數字分類帳的現實成本。這項有形的投資阻止了欺詐，並增強了記錄交易的永久性。添加的每個區塊都會增加累積工作，從而使區塊鏈隨著時間的推移越來越安全。

環境和效率考慮

POW的批評者強調了其高能量消耗。 Bitcoin僅採礦就每年消耗的電力比某些國家多。儘管這種能源的一部分來自可再生能源，但碳足跡仍然是一個令人擔憂的問題。一些礦工利用滯留或多餘的能源（例如喇叭形天然氣）來改善可持續性。

提高效率的努力包括優化冷卻系統，升級到具有更好的績效比率的新ASIC模型，以及在水力發電或地熱植物附近定位操作。儘管採取了這些措施，POW的固有設計仍需要連續的能量輸入以維持安全性，並將其與替代共識機制（如驗證證明）區分開。

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常見問題解答

如果兩個礦工同時找到有效的塊，會發生什麼？當兩個礦工同時播放一個有效的區塊時，該網絡將臨時分為兩個競爭的連鎖店。節點繼續在他們首先收到的塊上構建。最終，具有更累積工作的鏈（即，較長的鏈）成為公認的版本。另一個塊變成了孤兒，其交易將返回到孟買以包含在以後的塊中。

誰能今天開始採礦證明加密貨幣？是的，但是盈利能力是一個主要限制。帶有消費級硬件的採礦Bitcoin由於ASIC的競爭不再可行。但是，仍然可以用CPU挖掘出抵抗ASIC開採（例如使用Randomx算法的）的較小的POW硬幣。成功需要仔細計算電力成本，硬件效率和預期獎勵。

工作證明的難度如何調整？在Bitcoin中，每2,016個塊（大約每兩週）重新校準了困難。該網絡比較了理想時間（20,160分鐘）所花費的實際時間（20,160分鐘）。如果開採塊太快，難以增加；如果太慢，它會減少。這確保了穩定的塊間隔，無論網絡總哈希功率的變化如何。

為什麼有些區塊鏈使用驗證證明而不是工作證明？利用證明（POS）通過根據其持有的加密貨幣量選擇驗證器並願意將“股權”作為抵押品來選擇驗證者。 POS的目的是實現與POW相同的安全性，但能源消耗卻大大降低。但是，戰俘支持者認為，採礦的切實成本提供了更強大的經濟安全保證。