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4.5　工作量证明——PoW - 数据结构 - 机器学习

1420 人阅读 | 时间：2021年01月15日 01:05
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4.5　工作量证明——PoW

1133 人参与  2018年08月25日 17:22  分类 : 区块链精品文章  评论

工作量证明（Proof of Work，以下简称PoW）机制随着比特币的流行而广为人知。PoW协议简述如下：

1）向所有的节点广播新的交易；

2）每个节点把收到的交易放进块中；

3）在每一轮中，一个被随机选中的节点广播它所保有的块；

4）其他节点在验证块中的所有的交易正确无误后接受该区块；

5）其他节点将该区块的哈希值放入下一个它们创建的区块中，表示它们承认这个区块的正确性。

节点们总是认为最长的链为合法的链，并努力去扩大这条链。如果两个节点同时广播各自挖出的区块，其他节点以自己最 先收到的区块为准开始挖矿，但同时会保留另一个区块。所以就会出现一些节点先收到A的区块并在其上开始挖矿，同时保留着B的区块以防止B的区块所在的分支 日后成为较长的分支。直到其中某个分支在下一个工作量证明中变得更长，之前那些在另一条分支上工作的节点就会转向这条更长的链。

平均每10分钟有一个节点找到一个区块。如果两个节点在同一个时间找到区块，那么网络将根据后续节点的决定来确定 以哪个区块构建总账。从统计学角度讲，一笔交易在6个区块（约1个小时）后被认为是明确确认且不可逆的。然而，核心开发者认为，需要120个区块（约一 天），才能充分保护网络不受来自潜在更长的、已将新产生的币花掉的区块链的威胁。

生物学上有一个原理叫作“不利原理”（handicap principle），该原理可以帮助我们解释工作量证明的过程。这个原理说，当两只动物有合作的动机时，它们必须很有说服力地向对方表达善意。为了打消 对方的疑虑，它们向对方表达友好时必须附上自己的代价，使得自己背叛对方时不得不付出昂贵的代价。换句话说，表达方式本身必须是对自己不利的。

定义可能很拗口，但是这是在历史上经常发生的事：在中国历史上，国家和国家之间签订盟约，为了表示自己对盟约的诚 意，经常会互质。即互相送一个儿子（有些时候甚至会送太子，即皇位继承人）去对方国家做人质。在这种情况下，为取得信任而付出的代价就是君主和儿子的亲 情，以及十几年的养育。

比特币的工作量证明很好地利用了不利原理解决了一个自己网络里的社会问题：产生一个新区块是建立在耗时耗力的巨大 代价上的，所以当新区块诞生后，某个旷工要么忽视它，继续自己的新区块寻找，要么接受它，在该区块之后继续自己的区块的挖矿。显然前者是不明智的，因为在 比特币网络里，以最长链为合法链，这个矿工选择忽视而另起炉灶，就不得不说服足够多的矿工沿着他的路线走。相反要是他选择接受，不仅不会付出额外的辛苦， 而且照样可以继续自己的更新区块的挖矿，不会再出现你走你的我走我的，是一个全网良性建设。比特币通过不利原理约束了节点行为，十分伟大，因为这种哲学可 以用到如今互联网建设的好多方面，比如防垃圾邮件、防DDoS攻击。

PoW共识协议的优点是完全去中心化，节点自由进出。但是依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源的消耗相比其他共识机制高，可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50%节点出错。

·目前比特币已经吸引全球大部分的算力，其他再用PoW共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全。

·挖矿造成大量的资源浪费。

·共识达成的周期较长。


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