工作量证明

经济对策

工作量证明（Proof-of-Work，PoW）是一种对应服务与资源滥用、或是阻断服务攻击的经济对策。一般是要求用户进行一些耗时适当的复杂运算，并且答案能被服务方快速验算，以此耗用的时间、设备与能源做为担保成本，以确保服务与资源是被真正的需求所使用。此一概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年的学术论文提出[1]，而工作量证明一词则是在1999年由Markus Jakobsson与Ari Juels.[2]所发表。现时此一技术成为了加密货币的主流共识机制之一，如比特币所采用的技术。

技术原理

工作量证明最常用的技术原理是散列函数。由于输入散列函数h()的任意值n，会对应到一个h(n)结果，而n只要变动一个比特，就会引起雪崩效应，所以几乎无法从h(n)反推回n，因此借由指定查找h(n)的特征，让用户进行大量的穷举运算，就可以达成工作量证明。

我们若指定h(n)的16进制值的前四值，求n，这样统计上平均约要运行216次h(n)散列运算，才会得到答案，但验算只要进行一次就可以了。如果想要增加难度，那就增加指定的位数即可。以SHA256函数举例，假设我们要处理数据Hello World，并找出h(n)前四值为0000的n，如果从Hello World0开始加上一个十进制数ASCII进行穷举猜测，到Hello World107105时才会得到匹配条件的h(n)：

验算时只要将Hello World107105代入SHA256函数一次即可。

加密货币的应用

由于加密货币多由区块链所建构，而区块链本来就要依赖散列函数来做为数据正确无误的担保，所以在加密货币上使用工作量证明，是非常简明的设计。由分散在各处的计算机，竞赛谁能最早找出，搭配原本要打包的数据的穷举猜测值（nonce），谁就等同获得该区块的打包权（记账权）。此猜测值被找出后，与数据、散列值一起打包成块后广播，经多数节点确认与承认，打包者就能获得打包该区块所提供的奖励。一般采用工作量证明的加密货币，好比比特币，会设置成随着参与竞赛的算力增减，而调整找寻猜测值的难度，以维持合理的运作速度。

加密货币优点

架构简明扼要、有效可靠。

由于要获得多数节点承认，那攻击者必须投入超过总体一半的运算量（>50%的攻击），才能保证篡改结果。这使得攻击成功的成本变得非常高昂，难以实现。

某种程度上是公平的，你投入越多的算力，你获得打包权的机率也等比增加。

加密货币缺点

非常浪费能源，投入在一种加密货币上的能源，可能会超过一个小型国家的总使用量。

由于加密货币在世界上已成为一种投资标的，所以有技术者或富有者，可以开发出由ASIC组成的特制计算机，垄断算力。这与加密货币的去中心化思想背道而驰。

也因此，后期开发的加密货币有针对抗ASIC的算法设计，例如以太坊采用的有向无环图（DAG）技术。

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