礦工在工作區塊鏈證明中的作用是什麼？

了解礦工在工作系統證明中的功能

在工作證明（POW）區塊鏈的證明中，礦工在保持網絡的完整性，安全性和連續性方面發揮了基礎作用。他們的主要責任是驗證交易並以無信任和分散的方式將它們添加到區塊鏈中。當用戶啟動交易（例如將加密貨幣從一個地址發送到另一個地址）時，此過程就開始了。這些交易在整個網絡上廣播，並收集到稱為Mempool的池中。礦工從此池中選擇交易，驗證其合法性，然後將其捆綁到候選塊中。

驗證過程涉及檢查數字簽名，確保發件人有足夠的資金，並確認沒有雙手嘗試。一旦驗證了一組交易，礦工將進入下一個關鍵階段：解決計算密集的加密拼圖。這個難題基於Bitcoin等區塊鏈中的SHA-256哈希算法。目的是找到一個與塊數據結合併哈希（Hashed）結合使用的NONCE （一個隨機數），它會產生符合網絡當前難度目標的結果，即具有特定數量的領先零的哈希值。

礦工如何保護區塊鍊網絡

通過更改鏈的任何部分所需的巨大計算工作，可以實現POW區塊鏈的安全性。一旦礦工成功找到有效的哈希，他們就會向網絡廣播新塊。其他節點驗證解決方案，如果正確，則將塊添加到其區塊鏈副本中。因為每個塊都包含對上一個塊的哈希的引用，因此更改任何歷史塊不僅需要重新挖掘該塊，而且需要所有後續塊 - 隨著鏈條的成長，該任務變得更加困難。

採礦的分散性質可確保沒有一個實體可以輕鬆地主導網絡。要執行51％的攻擊，攻擊者需要控制整個網絡計算能力的一半以上，這在Bitcoin等良好的網絡中非常昂貴且困難。因此，礦工的集體工作通過經濟上不可行來阻止惡意行為。

礦工充當分散的審計師，確保僅包括有效的交易。他們的計算投資是一種經濟承諾的一種形式，使他們的激勵措施與網絡的健康狀況保持一致。如果礦工試圖包括欺詐性交易，那麼網絡的其餘部分將拒絕該區塊，礦工將失去嘗試中使用的電力和硬件成本。

採礦獎勵和激勵措施的作用

為了鼓勵參與，POW區塊鏈提供阻礙獎勵和交易費用作為激勵措施。當礦工成功地挖掘一個區塊時，他們將獲得預定量的加密貨幣量 - 這是塊補貼。例如，在Bitcoin中，這個數量以每個塊50 btc開始，大約在一個被稱為一半的事件中每四年一半。截至最近的減半，獎勵為每塊6.25 BTC ，將來會再次減少。

除了塊補貼外，礦工還收集用戶支付的交易費用以優先考慮其交易。想要更快確認的用戶可以附加更高的費用，礦工被激勵將其包括在其候選塊中。隨著時間的流逝，隨著塊補貼的減少，預計交易費用將成為礦工收入的主要來源，即使在所有硬幣開採後，也可以確保繼續進行網絡安全。

這些經濟激勵措施至關重要，因為它們抵消了與採礦相關的高成本，例如電力，硬件和冷卻系統。沒有獎勵，個人或組織就幾乎沒有動力來奉獻資源來保護網絡。

採礦過程：分步故障

• 將未經證實的交易從Mempool到候選塊
• 構建一個默克爾樹來總結所有交易並生成一個單根哈希
• 將Merkle根與上一個塊的哈希和一個時間戳一起插入塊標頭中
• 開始通過不同的非CE值迭代，重複哈塊標頭
• 檢查每個結果的哈希與網絡的難度目標
• 一旦找到目標，就會立即廣播網絡的塊
• 收到其他節點的確認並要求獲得塊獎勵和交易費用

這個過程具有很高的競爭力，並實時運作。全球成千上萬的礦工試圖同時解決同樣的難題。第一個成功的人贏得了添加塊並獲得獎勵的權利。專門的硬件稱為ASIC（特定於應用程序的集成電路）通常使用，因為它們在執行哈希運算的效率上與通用CPU或GPU相比。

採礦難度和網絡調整的影響

POW區塊鏈的難度水平不是靜態的。它定期調整以保持一致的塊生產率。在Bitcoin中，每一個2016年塊或大約每兩週發生一次難度調整。如果塊被開採得太快（指示增加的總網絡哈希功率），那麼難度會增加。相反，如果採礦速度減慢，難度會減少以使平均塊時間在10分鐘左右。

這種自我調節機制可確保網絡穩定性，而不管礦工參與的波動如何。它可以防止區塊鏈變得太快或太慢，這可能會導致鏈條拆分或延遲交易確認等問題。該算法通過比較為預期的時間（20,160分鐘）比較了最後的2016年塊所花費的實際時間來計算新的困難。調整可確保網絡保持可預測和安全。

分散和採礦能力的分配

儘管POW被設計為分散的，但現實是，由於設備和能源的高成本，採礦已經越來越集中。大型採礦池（將其計算資源結合併成比例地共享獎勵的礦工團體）現在佔據了景觀。單個採礦池可以控製網絡哈希速率的很大一部分，從而引起人們對集中化的擔憂。

但是，POW的開放性和無許可的性質使任何人都可以參加。個人仍然可以獨立地挖掘或加入較小的游泳池。區塊鏈的透明度可以實時監視哈希速率分佈，如果任何實體接近危險的控制水平，則可以做出響應。

常見問題

誰能成為區塊鏈證明的礦工？是的，任何具有必要硬件和互聯網連接的人都可以參與採礦。但是，盈利能力取決於電力成本，硬件效率和當前網絡難度等因素。如今，大多數礦工加入採礦池，以增加他們獲得一致獎勵的機會。

如果兩個礦工同時找到有效的塊，會發生什麼？當兩個礦工同時廣播有效的塊時，會發生臨時鏈拆分。節點接受他們收到的第一個塊並繼續在上面構建。最終，接收更多後續區塊的鏈成為最長的鏈條，並被接受為有效。另一個塊成為一個孤兒，其礦工沒有獲得獎勵。

礦工如何選擇要包含哪些交易？礦工通常優先考慮每字節交易費用較高的交易。他們的目標是最大限度地提高收入，因此他們首先用最有利可圖的交易來填補自己的障礙。一些採礦軟件允許自定義選擇規則，但是基於費用的優先級是最常見的方法。

開採是確保區塊鏈的唯一方法嗎？不，採礦是特定於工作系統證明的。其他共識機制（如股份證明（POS））使用不同的方法（例如放置加密貨幣）來驗證交易並確保網絡。這些替代方案旨在實現安全性，而無需與POW採礦相關的高能消耗。