PoW工作量證明機制是什麼？PoW算力挖礦有什麼優缺點？
最後更新：2022-07-21
比特幣、以太幣是相當知名的加密貨幣(虛擬貨幣)，這兩者在運作時都使用了工作量證明(PoW)機制，但可能造成挖礦非常耗能源、浪費硬體資源與電力，
撰文當下，你可能曾經聽到許多加密貨幣礦工與礦場大量買進顯示卡，導致挖礦用的顯示卡的價格漲得很高，甚至供不應求，
另外許多電費便宜的地方(如冰島)，則成立巨大的礦場，耗費大量電力與算力作挖礦，這都是PoW機制的問題。
以太幣ETH已經宣佈要改成採用權益證明(PoS)機制，
這些PoW、PoS機制分別是什麼意思呢？
本篇市場先生介紹工作量證明(PoW)機制，分為以下幾個部分：
本文市場先生會告訴你：
PoW工作量證明機制是什麼意思？
通常只要提到區塊鏈，大家一定會想到“挖礦”這個詞，那麼為什麼要去挖礦呢？
首先我們要瞭解幾個專有名詞，區塊鏈、分散式帳本、共識機制、挖礦的關係。
區塊鏈是透過點對點(P2P)運行的網路，這個網路由分散式節點組成，可以把它想成是共享的數據庫，也就是分散式帳本(DLT)，分散式帳本技術是一種去中心化的帳本，儲存著網路上進行的所有交易。
- 中心化帳本：也稱為集中式帳本，由一個中心化的機構去做驗證、記帳、訂立規則。
- 去中心化帳本：也稱為分散式帳本，驗證、記帳、訂立規則是分散的，所有參與的用戶都可去驗證，而且人人都是監督者。
每個區塊鏈都運行在一個共識機制上，共識機制是網路中所有節點的協議，
在像比特幣、以太坊這種去中心化區塊鏈的生態系統中，任何加密交易都需要透過共識機制來驗證真實性，才能成為鏈上的一部分。
共識機制有高難度的協議程式碼，可以使去中心化系統中的節點安全運作，也能保護區塊鏈網路免受駭客惡意行為的侵害，
而大多數公共區塊鏈網路使用的共識機制為工作量證明(PoW)、權益證明(PoS)這兩種。
也就是說，PoW(Proof of Work )是區塊鏈中的一種共識機制，
它的目的是在區塊鏈架構中協助底下幾件事：
- 確保交易的真實性
- 防止有人惡意竄改帳本
- 確認交易
- 避免雙重支付(另稱為雙重花費、簡稱為雙花)。
PoW工作量證明機制如何運作？
PoW共識機制是區塊鏈中使用最廣泛的方法之一，最早是由比特幣(BTC)普及，你可以把它想成在這個區塊鏈中，有一群礦工透過大量消耗電腦CPU、電量、時間，來解一道稱為PoW工作量證明的數學難題。
為什麼說PoW工作量證明是個數學難題呢？前面有提到，PoW工作量證明是共識機制的一種，這是個高難度的協議程式碼，採用密碼學安全傳輸訊息的方式，達到防止篡改(不可更改)的特性。
以比特幣來說，這個區塊鏈任何人都可以加入，在比特幣網路中的人被稱為礦工，而使用電腦CPU的電力和時間來運算PoW工作量證明稱為挖礦或算力挖礦，
藉此開採新的區塊，終極目標是爭奪每個區塊的記帳擁有權，並取得獎勵(獲得比特幣)。
簡單來講，比特幣網路大約每10～15分鐘生成一個區塊，
這時礦工們要開始互相競爭，運用電腦CPU的運算能力去解開複雜的數學題目，這個答案是複雜的機率問題，也沒有任何公式可套用，解出來的答案會是一個隨機數值。
最先解開這個數學題的人，就會獲得下個區塊的記帳權，也會得到比特幣當獎勵。
N個礦工可以開採出X個區塊，這裡就涉及到共識機制的作用：
- 它不允許任何一個人或實體，控制整個區塊鏈系統。
- 共識機制可以保持區塊鏈更新，確保每一個被添加到區塊鏈的區塊都是真實和唯一的。
後來不同的區塊鏈架構，也衍生出使用顯示卡、甚至開發出專門做運算的礦機來挖礦，
都是為了取得工作量證明，並從中獲取獎勵，也間接維持了區塊鏈的運作。
PoW工作量證明機制有什麼優點、缺點？
PoW工作量證明機制可以有效保護區塊鏈網路免受駭客攻擊，
在網路中工作的礦工越多，對駭客的抵抗力就越高，但這種機制仍有一些優點、缺點要注意。
PoW工作量證明機制的優點：
- 節點可自由進入、去中心化程度高
- 安全性高，因破壞系統需要投入極大的成本
PoW工作量證明機制的去中心化程度高，任何人都可自由進入節點，不需透過中心化的第三人，
即可驗證交易以及防止個人或組織篡改數據庫的系統，確保了每筆交易的真實性。
另外，PoW因為依賴於計算能力，想要篡改區塊鏈必須投入極大的成本，安全性較高。
PoW工作量證明機制的缺點：
- 挖礦過程會消耗大量的能源
- 挖礦機器昂貴，最後可能越來越集中化
- 有遭受51%攻擊的危機
PoW工作量證明機制必須使用大量的CPU、電力運算，才能順利進行挖礦並獲得獎勵，因此這是一種非常耗費能源的方式。
為了挖掘比特幣，礦池通常會尋找電力更便宜的地方，例如冰島等電價便宜的地方。
礦工也會尋找高檔昂貴的挖礦機(例如ASIC機器)，最後造成只有少數礦工才能順利挖礦，變成被大資本或大型礦場壟斷而越來越集中化。
另外PoW也有遭受51%攻擊的危機，這個意思是當一個礦工控制住全網51%以上的運算力，
代表他的計算能力強，取得記帳權的機會就越大，就可以出於自己的目的篡改、取消或更改交易，使用區塊鏈執行其他惡意操作。
但是對規模相當大的加密貨幣(例如：比特幣)來說，51%的攻擊機率較低，
因為必須讓一個礦工取得超過全網一半的運算力，所耗費的財力或挖礦設備成本可能都相當高昂，因此機率是挺低的(但如果是其他小規模的加密貨幣，51%攻擊有成功的機率)。
PoW vs. PoS
- 工作量證明機制PoW(Proof of Work)：可以想成是算力挖礦，意思就是透過消耗電腦CPU、電量、時間，來解碼PoW工作量證明(複雜的數學題目)，解碼成功的人才能爭取新的區塊、獲得獎勵。
- 權益證明機制PoS (Proof of Stake)：可以想成是持幣挖礦，意思就是誰的加密貨幣多(誰的錢多)，就有能力去爭取新的區塊。
前面提到，大多數公共區塊鏈網路使用的共識機制為工作量證明(PoW)、權益證明(PoS)這兩種。
因為PoW工作量證明裡，算力越高獲得記帳下一個區塊的機率與獎勵就越大，礦工會把運算力集中在一起，形成礦池(Mining Pool)，依照各礦工的算力比例來分配獎勵。
但是這樣的結果讓礦工集中在礦池挖礦，反而讓區塊鏈的運算力更集中，降低了去中心化的原則。
因此有些加密貨幣開始使用權益證明(PoS)，這個共識機制是透過持幣數量來當做獎勵的依據，而非PoW透過計算能力來獲得獎勵，因此不存在耗費能源的問題。
但是PoS仍存在著一些爭議，像權益證明會為囤積資金提供額外的激勵，這可能導致網路過於集中化、富者越富。
有哪些加密貨幣使用PoW機制？
PoW工作量證明機制是許多加密貨幣使用的共識機制，
底下列出幾個比較常見的加密貨幣，它們使用的就是PoW機制。
使用PoW機制的加密貨幣 |
|
| 加密貨幣 | 特性介紹 |
| 比特幣(BTC) | 最早、最知名、市值最高的加密貨幣。 |
| 以太坊(ETH) | 以太坊是打造一個區塊鏈分佈的公共平台，允許開發人員在上面建構並實現去中心化的應用程式，因此上面的程式都不會受到第三方支付的控制，原本中心化的服務，都可以使用以太坊平台來進行去中心化。在以太坊(Ethereum)所使用的貨幣稱為以太幣(Ether)。 |
| 乙太坊經典(ETC) | 以太坊平台分叉而成的加密貨幣，是一個開源、公開，以區塊鏈為基礎的分散式計算平台。 |
| 萊特幣(LTC) | 創辦人為Charlie Lee，將比特幣的程式碼改良，希望能更適用於日常消費使用的加密貨幣，因而開發出萊特幣。 |
| 比特幣現金Bitcoin Cash (BCH) | 是比特幣的分支，與比特幣的原理大致相同，但是區塊更大、速度更快。 |
| 門羅幣(XMR) | 一種基於CryptoNight散列演算法的加密貨幣，具有更高的匿名性。 |
| Binance Coin (BNB) | Binance加密貨幣交易所的代幣。 |
| 狗狗幣(DOGE) | 一種用於小額支付的加密貨幣，交易速度快且便宜。 |
| 資料整理：Mr.Market市場先生 | |
快速重點整理：PoW工作量證明機制是什麼？
- 每個區塊鏈都運行在一個共識機制上，常見的共識機制為工作量證明(PoW)、權益證明(PoS)這兩種。
- PoW共識機制是區塊鏈中使用最廣泛的方法之一，最早是由比特幣(BTC)普及，你可以把它想成在這個區塊鏈中，有一群礦工透過大量消耗電腦CPU、電量、時間，來解一道稱為PoW工作量證明的數學難題。
- 以比特幣來說，這個區塊鏈任何人都可以加入，在比特幣網路中的人被稱為礦工，而使用電腦CPU的電力和時間來運算PoW工作量證明稱為挖礦，藉此開採新的區塊，終極目標是爭奪每個區塊的記帳擁有權，並取得獎勵(獲得比特幣)。
- PoW工作量證明機制的優點是去中心化程度高、安全性高；缺點是挖礦過程非常耗能量，而且礦工集中在礦池可能會越來越集中化。
市場先生心得：區塊鏈領域有很多專有名詞（對，我也不知道為什麼要搞這麼多縮寫，把事情變複雜），
理解這些詞，能夠讓你更理解整個區塊鏈的運作機制以及演進。
本文僅為觀念教學，無任何投資推薦之意。要提醒大家，虛擬貨幣屬於極高風險的投資，投資前務必研究清楚，不懂不要碰。
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編輯：Joy 主編：市場先生FB社團－加密貨幣討論區
區塊鏈、虛擬貨幣是很新的領域，也有很高的風險，我也還在持續研究了解中。
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