POW共识机制

一、基本原理

因为记账有一定的奖励和手续费，所以自然会有竞争，POW (Proof of Work) 工作量证明共识机制就是用来在“谁有权记账”这一问题上达成共识。 简单来说，就是争夺记账权的多方通过付出计算资源解决一个数学难题，谁先解决谁就获得记账权，这个争夺的过程就是“挖矿”，也是比特币发行的过程。具体的计算问题是，计算出新区块的hash值，并且这个hash值要小于某个数，也就是要有足够多的前导零，前导零越多，计算难度越大，可以以此调整生成一个区块的所需的时间。新区块综合了上一区块的hash值、上一区块生成之后的新的验证过的交易内容的Markle Root值，以及一个待猜测的一定范围内的随机数Nonce，计算量就在于穷举Nonce值以计算出符合条件的hash值。POW还有一个最长链机制，即用户会把最长链作为主链并继续拼接下去。因此，系统中可能出现链的分叉（Fork），但最终会有一条链成为最长的链。

二、优缺点

1. 优点：

（1）可以避免双花攻击行为发生。 （2）挖矿难度可以自动调整。 （3）可以吸引用户快速参与其中，因为越早参与获利越多。 （4）通过“挖矿”发行比特币，相对公平。

2. 缺点及解决思路：

• 51风险 如果串通的矿工控制了一半以上的资源（事实上可以更少），将会有最长主链的控制权，可以对交易进行针对性选择，使得系统不再是去中心化的。而且已经提出有策略可以使得矿池获得比资源比例更高的收益，核心思想就是自私挖矿。这样的话就会有联盟的动力，原本的激励一致性就被破坏了，大多数矿工可信的假设也不再成立。 解决思路：给联盟可控制的资源设置足够小的瓶颈，防止某一方具有控制权。
• 资源浪费 计算hash难题并不是什么技术性问题，而是拼资源，虽然一定程度上达到了公平性和安全性，但是这样的资源消耗没有其他任何的现实价值，没有抢夺到记账权的节点的计算资源更是白白浪费了，只能继续下一次的争夺。 解决思路：创造价值才是区块链的初衷，但这样看起来好像白白把计算资源用在了毫无意义的计算上，从计算意义这一角度出发，可以不改变基本机制，但是把计算对象转到有科研或者其他实际价值的难题上，这样就可以让资源得到有效的利用，比如把算力用来搜索质数，从而计算孪生素数表，或者与人工智能的深度学习相结合等。也可以改用其他需要消耗较少计算资源的机制，比如POS权益证明，DPOS权益授权证明等，尽管其他的机制也有一些待解决的问题。
• 共识周期长 如果难度太低，则容易产生分叉，难度太高，又会限制交易速度。为了减少分叉的产生而做出的妥协使得比特币每秒的交易量很低，与支付宝等中心化应用相去甚远，并不适合商业使用。