Bitcoin上下文中的工作证明是什么？

了解工作证明的概念

工作证明（POW）是Bitcoin网络使用的共识机制来验证交易并确保区块链。它确保了分散网络中的所有参与者在不依赖中央权威的情况下就分类帐的状态达成一致。在POW中，矿工竞争解决一个复杂的加密拼图，第一个找到解决方案的拼图有权在区块链中添加新的交易块。这个过程需要大量的计算工作，使其成本高昂且耗时，以改变记录一旦记录的任何部分。

工作证明背后的核心思想是创建一个系统，创建一个新的块需要现实世界中的资源，特别是电力和处理能力。这阻止了恶意演员，因为试图操纵区块链将要求攻击者控制网络总计算能力的50％以上，这种情况被称为51％的攻击。这种攻击的经济成本使其高度不切实际。

矿工如何参加工作证明

矿工在工作证明系统中起着至关重要的作用。他们的主要任务是从Mempool收集未决的交易，验证其合法性，并将其捆绑到候选人区域中。完成此操作后，他们将开始寻找满足当前难度目标的块标头有效哈希的过程。

• 收集未经证实的交易并验证数字签名
• 构建一个包含上一个块哈希，默克尔根，时间戳，nonce和版本号的块标头
• 通过增加NonCE值，使用SHA-256算法执行重复的哈希
• 继续直到产生的哈希数量少于网络的难度目标

第一位发现这种哈希的矿工将街区广播到网络。其他节点验证解决方案，如果有效，则将块附加到其区块链的副本上。成功的矿工在新铸造的bitcoin S Plus交易费用中获得了块奖励。

难度调整的作用

为了保持每10分钟的稳定块创建率约为一个街区，Bitcoin网络每两个星期都会调整一次采矿难度。此调整是基于与预期时间相比，以前的2016年块被开采的速度。

• 如果块平均更快地挖出了10分钟，则难度会增加
• 如果块花费超过10分钟，难度会减少
• 尽管总哈希功率波动，但调整可确保网络稳定

即使更多的矿工加入或离开网络，这种机制也允许Bitcoin保持功能和可预测。难度目标是在块标头中编码的，必须在每个调整期间由所有节点重新计算以确保共识。

工作证明的安全含义

Bitcoin的安全性与工作证明的能源和计算资源从根本上息息相关。由于更改过去的块将需要重新挖掘该块和所有后续块，因此链中的后背越远，它的计算价格就越昂贵。

• 每个新块添加了另一层加密承诺
• 重新组织区块链需要重新卸下受影响区块的所有工作证明
• 网络会自动拒绝链条，而累积工作较少

这使Bitcoin高度抗性。此外，区块链的透明度允许每个参与者独立验证每笔交易和区块的有效性，从而在不需要中间人的情况下加强对系统的信任。

能源消耗和环境考虑

Bitcoin中最讨论的工作证明方面之一是其高能量消耗。采矿操作需要强大的硬件，例如ASIC（特定于应用程序的集成电路） ，这些硬件消耗大量电力。批评家认为，这种能量用途在环境上是不可持续的。

但是，许多采矿业务越来越地位于具有盈余可再生能源的地区，例如斯堪的纳维亚半岛和中国四川部分地区的水力发电。一些矿工利用否则会浪费的喇叭形天然气，将其转化为采矿的电力。尽管能源足迹仍然很重要，但该行业正在发展以纳入更可持续的实践。

采矿的经济激励措施也鼓励效率。矿工不断寻求较低的电力成本和更有效的硬件，以最大程度地利润，这推动了节能计算技术的创新。

与替代共识机制的比较

虽然工作证明是Bitcoin使用的原始共识算法，但其他加密货币采用了不同的模型，例如销售证明（POS） 。在POS中，根据其持有的加密货币的量来选择验证器，并愿意将“股份”作为抵押而不是计算工作。

• POW依靠外部资源支出（电力和硬件）
• POS依靠内部经济激励措施（固定硬币）
• 由于理论上的进入障碍，POW被认为更加分散

Bitcoin的设计优先考虑安全性和权力下放而不是能源效率。工作证明提供的不变性和韧性对于Bitcoin的价值主张（作为数字黄金和耐心制度的货币制度）至关重要。

常见问题

是什么阻止矿工在工作证明系统中作弊？矿工不能作弊，因为网络中的每个节点都独立验证了块的有效性及其工作证明。立即拒绝具有无效交易或不正确哈希的块。产生欺诈性障碍的成本（无论是电力和机会而失去的机会）太高了，无法证明这种尝试是合理的。

Bitcoin挖掘中的NONCE如何使用？ NONCE是块标头中的32位字段，矿工反复改变以产生不同的哈希输出。由于SHA-256是确定性的，因此更改非CE会改变输入，从而产生完全不同的哈希。矿工每秒循环数十亿个非CE值，直到发现一个低于难度目标的哈希值。

谁能成为Bitcoin矿工？是的，原则上，任何人都可以参加采矿。但是，由于困难和竞争的高度，使用标准计算机的个别矿工不太可能成功。现在，大多数采矿是使用专门的ASIC硬件和廉价电力的大型运营进行的。个人可以加入采矿池以结合哈希力量并按比例分享奖励。

为什么Bitcoin使用SHA-256代替其他哈希算法？ SHA-256因其强大的加密特性而被选中，包括对碰撞和前攻击的抵抗力。它也是确定性的，可以快速计算有效输入，并且反向工程较慢 - 理想的工作证明。加密社区的广泛使用和审查增加了Bitcoin协议中其可靠性和可信赖性。