工作量證明（Proof-of-Work，PoW）是一種用于防止服務和資源濫用以及拒絕服務攻擊的經濟策略。它通常要求用戶執行一些復雜的計算，這些計算的結果能夠被服務提供者迅速驗證，從而通過消耗時間、設備和能源作為擔保來確保服務和資源的有效利用。這一概念最初由Cynthia Dwork和Moni Naor在1993年的一篇學術論文中提出，而"工作量證明"這個術語則是由Markus Jakobsson和Ari Juels在1999年提出的。目前，這種技術已經成為加密貨幣的主要共識機制之一，比如比特幣就是采用了這種技術。
技術原理
工作量證明的核心技術原理是哈希函數。因為對于任何輸入值n，哈希函數h(n)都會產生一個特定的結果，而且當n發生微小變化時，會導致結果發生顯著的變化，即所謂的雪崩效應，使得幾乎不可能從h(n)反推出原始的n。因此，通過指定搜索具有特定特征的h(n)，并讓用戶進行大量的窮舉計算，就能夠實現工作量證明。例如，如果我們希望找到一個使h(n)的十六進制值的前四位為0000的n，那么理論上平均需要進行2^16次h(n)哈希運算才能找到答案，而驗證只需要進行一次。為了提高難度，我們可以增加指定的位數。以SHA256函數為例，當我們處理字符串"Hello World"并試圖找到一個使h(n)前四位為0000的n時，我們需要從"Hello World0"開始嘗試不同的ASCII字符，直到"Hello World107105"才找到匹配的h(n)：
0000BFE6AF4232F78B0C8eba37A6BA6C17B9B8671473B0B82305880BE077EDD9
驗證時只需將"Hello World107105"代入SHA256函數一次即可。
在加密貨幣中的應用
由于大多數加密貨幣都是建立在區塊鏈的基礎上，而區塊鏈本身就需要依靠哈希函數來保障數據的完整性，因此在加密貨幣中使用工作量證明是一種簡單而有效的設計。分布在全球各地的計算機競爭誰能最先找到與待打包數據相配的隨機數（nonce），誰就有機會成為該區塊的打包者（記賬人）。一旦找到這個隨機數，將其與數據和哈希值一起打包成塊并廣播出去，經過多數節點的認可和確認，打包者就能獲得打包該區塊的獎勵。像比特幣這樣的加密貨幣，其工作量證明機制會根據參與競賽的算力變化自動調整尋找隨機數的難度，以保持合理的運行速度。
加密貨幣的優點
- 架構簡潔明確，可靠性高。
- 攻擊者要想成功篡改結果，必須投入超過網絡總算力的一半，這使得攻擊的成本極高，難以實施。
- 具有一定的公平性，投入更多的算力意味著更高的打包概率。
加密貨幣的缺點
- 非常耗費能源，某些加密貨幣的能耗可能超過一個小國的總用電量。
- 由于加密貨幣已經發展成為一個全球性的投資領域，一些技術專家或者富有的個人可能會開發專門的ASIC硬件來壟斷算力，這與加密貨幣的去中心化理念不符。
- 后期開發的加密貨幣引入了一些抵抗ASIC的算法設計，例如以太坊使用的Ethash（Dagger-Hashimoto）算法。
- 后續開發的加密貨幣也開始采用POS機制（如以太坊）或DPOS機制（如比特股、EOS）。
使用PoW機制的加密貨幣市值排名前十
- BTC 比特幣
- DOGE 狗狗幣
- LTC 萊特幣
- XMR 門羅幣
- ETC 以太坊經典
- BCH 比特幣現金
- CFX
- BSV
- ZEC
- RVN
參考資料 >
工作量證明.簡書.2024-08-20
工作量.應屆畢業生網.2024-08-20
教學工作量證明.豆丁網.2024-08-20