也許有些標題黨，但是我保證文章接下來的內容包含了外行人了解工作量證明（PoW）共識的一些要點。我們會解釋區(qū)塊鏈世界中不同新型算法的發(fā)展，以及為什么共識算法是區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)中最突出的主題。為什么企業(yè)應該在實施從大量選擇中挑選出來的區(qū)塊鏈技術之前先要理解共識？

這篇文章中，我們首先會討論最突出的共識機制，工作量證明（PoW）。PoW在幾乎所有量產級別的系統(tǒng)中，例如比特幣和以太坊，都在被使用。

我們會全方位探討工作量證明（PoW）并且看看它是如何幫助達成共識并且避免雙花。讓我們開始吧。

尋找小丑魚Nemo

工作量證明（PoW）需要礦工找到（其實是計算）一個值來獲得共識。讓我們稱這個值為Nemo。

輸入（I）+Nemo（N）=輸出（O）

Nemo，這里我們命名為N。

工作量證明（PoW）機制中就包括尋找N，當N被加入到轉賬區(qū)塊上時（輸入），它就會產生已知的輸出。

當然，輸入除了打包在區(qū)塊鏈中的轉賬信息還有其他東西，例如前個區(qū)塊的哈希值，nonce等。但是我們在這里不深入探討這是怎么實施的。礦工會基于轉賬費用選擇輸入中的轉賬信息。

輸出是一個哈希值（擁有部分屬性和前零串等等）。輸出的屬性可以被改變從而增加或者降低網絡挖礦的難度。挑戰(zhàn)之處在于要在N被添加到輸入并給出輸出的時候找到（而且快速尋找到，因為礦工在競爭）。獲得N的值非常難，并且需要計算機消耗大量的算力才能得出正確的N。

你也可以說礦工的計算機做了大量工作得出正確的N。由于這項計算工作，公有鏈會在工作量證明（PoW）機制上進行運行。

礦工會被給予一定的獎勵或者手續(xù)費作為這項工作的補償。

整個系統(tǒng)在最初就被設計成很難計算獲得N，但是如果給你N和轉賬的區(qū)塊，很容易去驗證是否（輸入+N）和輸出相等。

一旦礦工成功獲得N，它會廣播這個工作量證明（PoW）到全網（為了想要獲得挖礦獎勵）。假設礦工A發(fā)現(xiàn)了Nemo，但是礦工B，礦工C和礦工D仍然在尋找他們的Nemo。他們會從A處獲得一個信號，其中包含一個有轉賬記錄的區(qū)塊和Nemo（N）。礦工B，C，D能夠快速檢查是否可以使用這個N來產出O。

如果可以正確地得到輸出，他們能夠將這個添加到本地的區(qū)塊鏈上（同意A的轉賬版本，因此達到共識）。

這就在4個去中心化非信任節(jié)點之間達成了共識。同樣的邏輯可以拓展到任何節(jié)點數量。

但是關于雙花呢？

好先生，壞先生和丑先生以及鏈分叉的故事

讓我們來通過好先生和壞先生的例子來理解工作量證明（PoW）。壞先生想買好先生在某個公司的股份。他們達成協(xié)議，好先生會接受比特幣（或者以太坊）支付，并且一旦交易完成，他就會將股票的電子擁有權轉給壞先生。

壞先生轉給了好先生200比特幣，并在這個過程中清空了自己的錢包。不為認知的是，壞先生轉了同樣的200個比特幣給丑先生，他是壞先生的化名。

現(xiàn)在如果好先生夠聰明地話，他就會等這次轉賬完成并永遠保存在區(qū)塊鏈上。所以他需要等待在含有他轉賬信息的區(qū)塊之后至少12個區(qū)塊（區(qū)塊數量隨著現(xiàn)有比特幣網絡哈希力的變化而變化），才能保證他不會被鏈重組分叉所影響。在此之后，他可以很放心地將股票轉給壞先生。這樣地話，壞先生給丑先生的轉賬就會被網絡拒絕。

但是在這個事件中，好先生太單純了。他看到壞先生已經轉給他所需要的比特幣，就立刻將股份轉移給了壞先生。如果壞先生足夠幸運地話，他轉給丑先生（他自己）的轉賬會被網絡預先接受，并且會永久保存在區(qū)塊鏈上，而他給好先生的轉賬會由于鏈分叉而被拒絕。

事實上，壞先生沒有花一分錢，但是卻擁有了好先生的股份。所以他可以將同一筆比特幣花費兩次。

比特幣網絡在盡最大力量來防止雙花，并且讓用戶知道要等到他們的比特幣轉賬足夠的時間，而且變得不可以逆轉了才能在網絡上進行支付轉移資產。

51%攻擊案例

如果壞先生不想總是依賴運氣來欺騙好先生。他聽說過51%攻擊，并且知道任何人擁有網絡大多數的哈希算力，就可以逆轉轉賬或者進行雙花。他買了比特幣網絡51%的算力，現(xiàn)在就可以很輕易地去欺騙好先生或者做其他任何事情。

那么為什么壞先生或者其他人沒有在做這個事情呢？

獲得全網51%的算力需要極其高地成本。

你只可以逆轉近期的轉賬。重新寫更早的轉賬在計算量上來看也會非常困難，基本上不可能。

一旦網絡被攻破，那么其貨幣也會失去價值。盡管你可以買斷大多數的哈希力，你也不會因為參與者會失去對系統(tǒng)公平的信仰，同時貨幣價值也會大跌。

你可以購買51%的網絡算力，但是這很快就會顯得毫無價值。

希望大家可以看到工作量證明（PoW）背后的智慧，致敬中本聰。

工作量證明（PoW）的替代者

幾乎所有新的著名的區(qū)塊鏈方案都會提出自己的共識機制。以太坊提出了Casper，一種權益證明（PoS）的算法，Eris使用的是Tendermint算法，超級賬本則使用PBFT（實用性拜占庭容錯算法），超級賬本鋸齒湖使用PoET（時間消失證明）以及SGX（軟件防護擴展指令）以及等等。但是這是為什么呢？

工作量證明（PoW）的缺陷：

1 挖礦需要耗費電力以及使用非常昂貴的硬件

2 處理能源中心化的擔憂，特別是在私有或者聯(lián)盟鏈

3 如果網絡中只有幾個已知的成員，那么在私有網絡中挖礦獲得共識沒有意義

4 節(jié)點總是能夠帶來外部處理能力，反而在私有鏈中會有更高的價值轉賬。