科普 | 理解比特币挖矿的共识机制POW

我们知道区块链是一种去中心化的账本。 而且这个账本是公开的，任何人都可以浏览查询每一笔交易。 对于区块链系统来说，需要有人参与记账工作来维护整个账本，而挖矿其实就是记账，而这个工作的报酬就是相应的数字货币。

那么问题来了，矿工如何才能持续稳定地参与挖矿呢？

这就涉及到共识机制的问题。 比特币通过共识机制维持区块链的正常运行。 比特币的创始人中本聪在设计比特币时采用了一种称为 PoW 的共识机制。 矿工利用各自的算力进行公平竞争，争夺全网的记账权。

01 什么是PoW机制？ PoW（Proof-of-Work），中文一般翻译为工作量证明机制，是比特币等各种数字货币的共识算法。 简单的说比特币的挖矿原理，就是用来确认你完成了一定工作量的证书。 就像你的大学文凭一样，证明你真的有四年的大学学习经历。 工作量证明机制是用工作量结果来证明贡献，然后根据贡献确定记账权利和奖励。

这个证明过程依赖于计算机来执行数学运算。 可以理解为：每个人都回答同一个问题，谁先计算出来，谁就获得区块链系统的记账权，并获得相应的奖励。 这种奖励是网络产生的数字货币。 例如，在比特币网络系统中，谁先计算出结果，谁就先得到比特币作为奖励。 PoW 的优点是完全去中心化，公平公正，不需要中心化的管理机构，实现了用户（即节点）之间的公平竞争。 谁先计算出问题，谁就会得到相应的奖励。 它的主要缺点是消耗大量资源。 每个人一起计算需要算力，最后只有一个用户做的工作是有效的，其他人做的工作是没有用的。 这消耗了大量的电力资源。 当然，任何系统的正常运行都需要消耗相应的资源或能源。 因此，严格来说，资源消耗是PoW共识机制的一个特点比特币的挖矿原理，并不完全是缺点。 02为什么选择PoW？

矿工只有得到奖励才有动力，但只有奖励公平分配，老矿工才能继续努力，新矿工才能不断进入。 比特币的 PoW 机制证明了工作量就是算力。 每个问题只能由矿机计算。 谁计算得越快，就越有可能获得奖励（付出越多，奖励越大，即确定性）。 但计算快、计算多并不代表计算准确（随机性），所以支付算力的矿工才有机会获得奖励。 总的来说，付出就会有收获，付出越多，收获越多。 因此，比特币的PoW机制分配奖励，保证所有参与的矿工都处于公平的位置，矿工愿意继续挖矿。 为此，比特币系统也公平合理地分配了系统的记账权，将记账权分配给辛勤工作的矿工。 这确保了无论过去 10 年比特币价格如何暴涨或暴跌，整个比特币网络始终平稳运行。 因此，POW共识机制包含了促进比特币系统有效运行的激励机制，是比特币建立信任的基础。 共识机制也是区块链的核心基石，是区块链系统安全的重要保障。 让分散在世界各地的数千个节点就区块的创建达成共识。