pos機制解決了pow

1、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統中不得不了解的“拜占庭將軍問題”了。

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰國時期就發明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執行。

在分布系數系統中，各個節點就是“拜占庭將軍”，算法執行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發的一個“哈希現金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數，其具體的工作原理實在太專業，我們只需要理解到“SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數；技術上而言，任何新增區塊都需要經過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網節點就認可了他所付出的成本，承認新的區塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或實際用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節點來控制網絡。

雖然在2009年時為了構建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網絡，沒有更好的選擇；但是發展到如今，已經有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權益證明。

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PoS，權益證明 Proof of Stake

主要思想是：節點記賬權的獲得難度與節點持有的權益成反比，也就是說，一個節點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據每個節點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數量*擁有天數。

由于區塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產生創世幣；

在創世幣達到一定規模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產生區塊的優先權，并獲取利息，同時PoW機制由于消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機制，不過正在轉向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

2、兩種共識機制對比(PoW vs PoS)

區塊鏈中最核心的架構就是共識機制，可以說是區塊鏈的驅動引擎，發展這么多年，目前主流比較明確經得住考驗的就只剩下PoW(Proof of Work)與PoS(Proof of Stake)兩種機制。簡單概述下，PoW系統的特點是通過消耗大量算力來計算特定算法的解（典型如哈希），第一個算出結果的有權生成區塊，同時也會得到coin作為獎勵（這也是coin的生產與分發過程，形象地稱為Mining），采用PoW的典型區塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運行時間最長，被公認為是最可靠安全的共識機制； 其本質是通過消耗大量算力來實現系統內的逆熵過程，保證系統的長期安全與穩定 。但PoW被廣為詬病的也是其消耗太多的能源資源，這方面PoS就被認為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過質押系統中的資產即coin來成為一個質押者（staker），這樣就有權產出區塊，質押份額越多，獲得產出區塊權的概率就越高，也代表著獎勵越多。

在分布式系統中有一個 CAP 定理，是指一個分布式系統中存在著三元悖論，即不可能同時滿足這三個特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區容錯性 (Partition tolerance)，而只能滿足其中兩個。區塊鏈作為一種分布式網絡，這個定理也逐漸演變成了區塊鏈的三元悖論，即 安全性(Security) 、 去中心化(Decentralization) 和 可擴展性 (Scalability) ，也是同時只能滿足兩個特性。

整體上看PoW系統更注重的是 安全性(Security) 與 去中心化(Decentralization) ，放棄 可擴展性 (Scalability) ，這也是Bitcoin網絡的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統更關注的是 可擴展性 (Scalability) 與 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 實現 去中心化(Decentralization) ，我是比較持懷疑態度的。從保守主義與系統的更長期穩定的角度出發，我個人是堅定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關，并不是特別看好PoS作為基礎層能比較穩定。特別是像這次 5月份的Luna事件 ，事件大概的過程是Luna鏈上的算法穩定幣UST缺乏價值支撐最終脫錨，其核心問題在于UST的錨定設計試圖用一個PoS股權系統去支撐其錨定美元，而且還超發了太多UST，再加上UST與Luna的兌換設計缺陷最終導致Luna自身的死亡螺旋。但這個事件更大的意義應該是敲響了一個警鐘，PoS機制在面對空頭資本砸盤時真的還能維持穩定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時節點數量萎縮的速度會很快，逐漸趨于中心化。

所有系統設計都需要根據自身定位來折中，以下從價值錨定的角度，簡單分析下為什么長期來看PoW會更有優勢。

在PoW系統中三股主要的參與者分別是研發人員，投資者（或者叫用戶）與Miner，這三者的相互制衡，使得這個系統達到一個穩定平衡的狀態。而PoS系統中，將Miner這個重要的制衡力量移除了，投資者和Miner變成了同一群體 質押者（stakers） ，因此該群體濫用權力的行為會變得相對不受限制，并且該鏈隨后的發展方向也可能會更加不平衡，更容易傾向有利于 質押者（stakers） 群體的方向。

PoW系統很好的闡述了什么是被普遍認可的價值，抽象上來看就是高代價的稀缺性 ，高代價與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多只能實現其中一個稀缺性。

Miner為了在鏈上生產區塊賺取coin，不僅需要持續支付高額電力成本，還必須不斷投入研發、升級硬件、優化基礎設施和運營規模來保持其競爭力。最終結果是，能夠長期持續盈利的Miner并不會是一個一層不變的群體，而是總在競爭中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來。這也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因為不斷變化的Miner群體意味著沒有一個Miner可以在相當長的時間內保持網絡的大部分算力，除非他們通過嚴酷的競爭考驗，不斷優化自身來提供更多的算力。

而PoS系統中的質押者實際上并多少真正的風險投入，也沒有優勝劣汰的嚴酷競爭機制，他們只需要簡單地運行一個staker節點就可以躺著賺利息，本質上只是將自己在銀行系統里的錢簡單的轉化為鏈上資本，就可以坐地收割后進入這個系統的新人。這種行為并沒有太多難度，只是簡單地賺取“無風險”利息，他們并沒有將資本轉化為任何形式的需要面臨風險考驗的投資。

而且當發生硬分叉時，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時會更為謹慎，因為他們需要投入高昂的電力成本來為他們的選擇背書，一旦選錯了將損失所有投入成本。PoS系統如果發生硬分叉，質押的coin作為系統內部狀態的一部分，硬分叉后質押者將在兩條不同鏈上都擁有相同數量的資產，由于沒有什么沉默成本，導致質押者更愿意兩邊都支持，從而使硬分叉更容易且更頻繁地出現，這被稱為 nothing at stake 問題。

PoW是真正能做到無準入限制的(Permissionless)，就是說已經在這個系統中的老人無法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網絡中產出coin。而PoS系統中，新人要進入，都不得不先從老人手中買coin。

而且PoW中Miner為了支付各種高昂成本（電力，設備，基礎設施等），產出coin后也不得不賣出一些以彌補成本，這同時也是一種把coin分發給更多人的過程； 特別是在熊市，Miner為了維持開銷也不得不低價賤賣coin，這樣新人才有機會以相對低的成本獲得籌碼入場，這才是一個健康的生態擴張過程 。而PoS中由于質押者并沒有什么運行成本，也不需要面對太多競爭，質押者出塊得到coin后不需要急著賣出，更容易哄抬價格，其實會變相激勵場內老人剝削新入場者，不給后來人更多機會；整個系統會趨向于更封閉，逐漸演變成一個有限游戲，長期運行下去只會越來越中心化；系統中財富越來越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實現 去中心化(Decentralization) 。

由于PoW系統中是以提供工作量的方式產出區塊的，隨著時間的推移這些工作量都會被累積起來并使鏈不斷向前延伸，這也是為什么叫區塊鏈；這些累積的工作量也給攻擊者造成了巨大障礙，如果想要反轉整條鏈，不僅需要非常高的算力，還需要相當長的時間，這也為應對攻擊提供了足夠長的時間緩沖。

而PoS系統其實只是維護一個分布式賬本， 并沒有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉整條鏈就是相當容易的，幾分鐘就可以搞定。

嚴格來說由PoW算力支撐的BTC不應歸為高科技類，由于它整個系統架構更保守更穩定，提供的更多的是一種 物化價值(objective costliness) ，更能作為價值之錨，所以數字黃金這個稱號很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級后為PoS）這些更接近科技類創新平臺，PoS本質上更像是一種股權系統，其實PoS系統反而是需要中心化，偏向更依靠整個社區的生命力，需要依靠核心團隊的創新與開拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩定與提供 物化價值(objective costliness) 。

區塊鏈作為一個價值分配系統， 算力是它的價值之錨，如果沒有算力，就會退化為一個股權系統 。算力在哪，資金就會跟去哪。目前的發展趨勢也是逐漸往多層網絡的方向發展，類似TCP/IP的多層協議棧。從作為基礎層(Base Layer)的角度看，更需要的是長期穩定與提供價值支撐，因此PoW系統更合適；而PoS可能更多的是可以作為Layer2以實現 可擴展性 (Scalability) ，彌補PoW基礎層的吞吐量不足，并通過錨定在PoW基礎層上來獲取算力安全性與價值支撐。

最后順帶說下最近市場行情，5,6月份以來的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數一度長時間停留在個位數；其實我覺得也沒必要那么恐慌，要在這個圈子長期活下去，面對這種大波動的心理預期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經常提到一個詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬次打磨后留下來的細小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恒的一種堅持，有種經常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺。這個和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價值的東西就應該具有這種品質，PoW系統肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后經歷過的各種事件，其實像這樣的大波動近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國內的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市場轉熊，每次經歷大波動后，市場都會淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風險，對整個行業發展也是好事。眼光還是應該放遠一點，至少看5到10年后的變化，科技發展過程中所帶來的波動和風險是不可避免的，日光之下無新鮮事，每次科技革命過程中總會夾雜著眾多的反對、質疑，還有眾多的投機、騙局；這個過程也總是通過各種暴雷、回歸，清除泡沫后價值重估，夯實了基礎后積蓄能量再次進入躍升到新的發展階段。 價值互聯網的到來是一件無法回避的事情 ，當理解和看清了這種趨勢后，規避掉各種坑和市場噪音，遠離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產，時間本身就會帶來回報。

3、pos機制的起源與設計理念

POS起源

2012年，背景是POW進淪為資本玩家的玩具，算力過于中心化，隨時都有被“51%攻擊”。

開放者Sunny Kind第一次提出了POS（股權證明）的概念，與POW是完全不一樣的。

POS不用大量的算力來維持網絡安全，只要參與者打開自已的錢包在線增加權重，獲得相應的獎勵也就是利息。

POS的設計理念

我們應該都知道，比特幣的區塊產量每四年就會減半，這樣區塊的產量將會越來越少，礦工就會“曠工”，因為賺到的越來越少。

那么，人數少了，比特幣就可能被一些高算力的人所掌握，數字貨幣網絡將會癱瘓。

POS解決方法:并非所有的區塊都是靠挖礦得來的，只要打開錢包客戶端程序，就能發現區塊，也可以得到利息，這樣就會有一個引流的效果。

POS機制可以描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計算機硬件的稀缺性來防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區塊鏈自身里的代幣。

女巫攻擊

這個名字是基于1973年的小說《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因為節點隨時加入和退出等原因，為了維護網絡的穩定，同一份數據可能備份在很多節點上，這就是數據冗余機制。

若是在網絡上存在惡意節點，那這一個節點就具有多重身份。那這個惡意節點就可能騙到其他節點備份到他這里。

POW就是根據計算能力隨機，而POS則根據擁有財產隨機。POW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區塊鏈安全的一種機制。

但是POW算法在挖礦過程中因破壞環境和浪費電力而受到指責。POS試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

PoS的優點

不再需要為了安全產生區塊而大量消耗電能。由于不再需要大量能耗，通過發行新幣以激勵參與者繼續參與網絡的壓力會下降。PoS機制下，全網每秒可以處理的交易數增加，可以提供比PoW機制更好的性能。

POS算法是個資本主義

你擁有的錢越多，得到的權利也就越大。為什么？

因為你在里面的錢越多你想要維護系統的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢也就只能是竹籃打水一場空。

POS算法

如果我手上有500個代幣，把它放進POS機制，這樣里面的500個代幣就變成了驗證者.假設它在區塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗證者里面抽取一個隨機的，給他們權利產生下一個區塊。

PoS 機制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個模式下，不持有 PoS 的人無法對 PoS 構成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素無關。

PoS機制源于人們對PoW機制的不滿以及改進。早期的PoS機制有各種缺陷，隨著各種項目對PoS機制的不斷改進，PoS正逐漸成為主流的共識機制。

4、pos機制解決了pow的()問題

pos機制解決了pow機制難以應用于商業領域的問題。

為了解決POW的問題，有人發明了POS機制。POS（Proof of Stake，權益證明）是根據你持有貨幣的量和時間進行利息分配的制度。POS機制最核心的邏輯就是——誰持有幣，誰就有網絡的控制權。

在POS機制中，仍然存在算力挖礦，需要算力解決一個數學難題。但數學難題的難度和持幣者的“幣齡”相關。簡單來說，持幣者持有幣的時間越長，難題越簡單，挖到幣的概率越大。但POS的問題是，大多數的持幣人沒有足夠的專業知識或足夠的預算，無法達到高性能節點所需的計算機硬件和軟件要求，這時候就有了DPOS機制。

5、深入了解區塊鏈的共識機制及算法原理

所謂“共識機制”，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相干的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那么基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區塊鏈網絡節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。

區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出于對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，并將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網絡中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基于數學原理的共識算法，在節點之間建立“信任”網絡，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網絡。

目前區款連行業內主流的共識算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對于工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基于工作量證明機制構建的區塊鏈網絡中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網絡就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由于工作量證明機制在比特幣網絡中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基于工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制并不適合商業應用。

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣采用工作量證明機制發行新幣，采用權益證明機制維護網絡安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網絡中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制并沒有從根本上解決PoW機制難以應用于商業領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網絡安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基于DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴于一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對于代幣的依賴，而在很多商業應用中并不需要代幣的存在。

Pool驗證池基于傳統的分布式一致性技術建立，并輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。

Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些算法原理以及比特幣網絡是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識算法有一個基本的認識。

工作量證明系統的主要特征是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特征是不對稱性：工作對于請求方是適中中的，對于驗證方是易于驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易于被人類解決而不是易于被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子，給個一個基本的字符創“hello，world！”，我們給出的工作量要求是，可以在這個字符創后面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更后（添加nonce）的字符創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以“0000”開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字符創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為”Hello,World!+整數值”，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由于哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的“工作量”，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。

統計輸入的字符創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：

對于比特幣網絡中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網絡出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網絡中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網絡難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網絡大約每10分鐘生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網絡始終保持10分鐘產生一個新區塊。

難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鐘產生一個取款，則期望時長為20160分鐘）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鐘快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：

新難度值=舊難度值*（20160分鐘/過去2016個區塊花費時長）。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：

目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恒定值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小于目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）并將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：

該過程可以用下圖表示：

比特幣的工作量證明，就是我們俗稱“挖礦”所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。

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