可能在近幾年你都會一直聽到一個詞「挖礦」，在那時比特幣價格還在高檔時挖礦行業儼然成為大家最關注的話題，但你知道什麼是挖礦嗎？當2022年以太幣的共識機制從「工作證明」轉變成「權益證明」後，各國的礦工哀鴻遍野哭喊著這將會是加密貨幣的末日，那什麼又是「工作證明」(PoW) 與「權益證明」(PoS)？此篇文章將會帶領你了解「區塊鏈挖礦」到底在挖什麼，還會介紹讓這個新科技偉大的兩大共識機制。
在區塊鏈的奇妙世界裡，「工作證明」(PoW) 與「權益證明」(PoS) 是兩大主要的共識機制，但它們之間有什麼不一樣呢？這篇文章將為你解開這個謎團。隨著區塊鏈技術的普及和發展，了解其背後的運作原理變得愈發重要，而選擇合適的共識機制則是確保區塊鏈系統效率與安全的關鍵。
無論你是一名科技愛好者還是初探加密貨幣的新手，本文都將帶領你深入探討這兩種機制的核心差異、歷史背景以及各自的優劣。踏入這趟探索之旅，你將更加明瞭區塊鏈的運作，並對未來的發展趨勢有更完整的預期。
一、什麼是挖礦？挖的是什麼東西？
當我們提到「挖礦」這個詞，你可能會想像到黃金礦工，用鍬頭和鋤頭在地底深處努力挖掘，希望找到一塊金塊。然而，在區塊鏈的世界中，「挖礦」有著完全不同的意義。讓我們深入探討區塊鏈的挖礦是什麼，以及它與區塊鏈原理的關係。
什麼是挖礦？區塊鏈的挖礦：
區塊鏈的挖礦，簡單來說，是一種透過計算能力來驗證和記錄交易的過程。在這個過程中，參與者使用高效能的計算機硬體進行計算，以解決特定的數學問題。當這個問題被解決，就表示一個新的「區塊」可以被添加到區塊鏈上，記錄一系列的交易。作為回報，參與挖礦的人（稱為「礦工」）會獲得某種加密貨幣作為獎勵。簡單可以理解成區塊鏈就是遍佈全球的一個帳本，礦工就是部署於各地的記帳專員，而挖礦這件事就是在協助這個帳本去記帳。
區塊鏈原理與挖礦的關聯：
區塊鏈的核心原理是建立一個去中心化、不可篡改的記錄系統。
在這樣的系統中，數據不是儲存在單一的中央伺服器，而是分佈在全球的多個計算機上。這種分佈式的架構提供了高度的透明性和安全性，因為修改已記錄的數據非常困難。
挖礦正是這個分佈式記錄系統的基石。通過挖礦，交易得到驗證，並且成為區塊鏈的一部分。礦工透過競爭解決數學問題，確保區塊鏈的完整性和安全性。這是一個防範不誠實行為的機制，因為欺詐性的交易或篡改的數據難以被加入到鏈中。
總的來說，區塊鏈的挖礦是該技術中不可或缺的一部分。它既是交易驗證的手段，也是維護整個區塊鏈安全與完整性的方法。而挖礦本身，也成為了許多人對區塊鏈最初的接觸點，不論是作為投資，還是單純的興趣。
延伸閱讀：
二、區塊鏈中工作證明 (PoW) 的基本概念
當我們談論「區塊鏈」時，有許多技術和原理可能會令人感到困惑。其中一個最常被提及的概念便是工作證明（Proof of Work，縮寫為PoW）。但工作證明究竟是什麼，又為何在區塊鏈技術中扮演如此重要的角色呢？
什麼是工作證明 (PoW)
工作證明是一種讓參與者證明他們投入了一定的計算工作量來執行某項任務的系統。這是一種經濟措施，旨在避免惡意行為和攻擊，因為攻擊者需要付出高昂的計算成本。在區塊鏈的世界中，這意味著網絡中的參與者（也稱為礦工）必須完成一項困難的計算任務，以證明他們有權增加新的交易區塊。
工作證明PoW的起源與目的
雖然許多人可能認為工作證明是隨著比特幣而生的，但事實上，它的概念遠早於比特幣。最初，工作證明被設計為一種防止電子垃圾郵件的方法。透過要求發送者進行小量的計算，這能夠抑制大量的垃圾郵件發送。
當Satoshi Nakamoto在2009年創建比特幣時，他（或她們）採用了工作證明概念，以解決「雙重支付」問題，同時也保證網絡的去中心化和安全性。PoW的主要目的是確保區塊鏈網絡的安全和公正，並防止所謂的「51％攻擊」，其中單一實體控制超過半數的網絡算力，可能對網絡造成損害。
工作證明PoW的運作原理
簡單來說，工作證明要求礦工解決一個數學難題。當一位礦工解決了這個問題，他就可以添加一個新的區塊到區塊鏈上。這個數學難題非常困難，需要大量的計算能力和時間來解決，但一旦解決，其他參與者可以輕易地驗證答案的正確性。
這個過程不僅確保了區塊鏈的安全性，還鼓勵參與者積極參與和維護網絡。為此付出的努力，礦工會收到加密貨幣的報酬，這就是比特幣等PoW區塊鏈網絡中的挖礦獎勵。
三、區塊鏈中權益證明 (PoS) 的基本觀念
上一段落探討了區塊鏈中工作證明（PoW）的過程及其重要性之後，我們將討論另一種在區塊鏈領域中獲得越來越多關注的共識機制：權益證明 (Proof of Stake，縮寫為PoS)。雖然PoS和PoW都是區塊鏈中確保交易完整性和網絡安全性的機制，但它們的運作方式有著本質上的區別。
什麼是權益證明 (PoS)
權益證明是一種區塊鏈共識機制，它不依賴於礦工解決數學問題，而是根據參與者在系統中所持有的「權益」來選擇下一個創建區塊的人。換句話說，與PoW相比，PoS更多地依賴於參與者在網絡中的投資或持股，而非他們的計算能力。
PoS的起源與目的
PoS的概念首次出現是作為一個解決PoW能源消耗問題的方案。正如我們之前所討論的，PoW依賴於大量的計算能力，這意味著需要大量的電力。
這不僅對環境造成了影響，而且隨著時間的推移，只有資源充足的大型礦場才能有效地參與挖礦，這對於保持區塊鏈的去中心化特性構成了威脅。PoS的引入旨在減少這些問題，並確保區塊鏈網絡的長期健康和可持續發展。
PoS的運作原理
在PoS系統中，參與者需要「抵押」一定數量的加密貨幣作為「權益」。這些抵押的代幣將被鎖定，並不能用於交易。系統會根據抵押的數量、時間長短等因素，從中選擇一名參與者來創建新的區塊。這意味著，與其購買大量硬體和消耗電力去解決數學問題，參與者更多地是透過在網絡中的投資來參與區塊的創建。
權益證明和工作證明是區塊鏈技術中兩種截然不同的共識機制。儘管它們的目標都是確保區塊鏈的完整性和安全性，但它們的方法和考量因素有所不同。隨著區塊鏈技術的發展，了解這些機制並識別其優缺點對於評估未來趨勢和機會將變得越來越重要。
更多專業技術內容可以參考：3 大共識機制是什麼？為什麼需要挖礦？PoW 是什麼？PoS 是什麼？
四、工作證明 (PoW) 與 權益證明 (PoS) 的主要區別
以以太坊（Ethereum）為例，這是一個眾所周知的區塊鏈平台，該平台原本使用工作證明 (PoW) 作為其共識機制，但在其升級路徑中計劃轉向權益證明 (PoS)。這一轉換的主要目的之一就是為了減少其對環境的影響，因為PoW通常需要大量的電力來運行。
根據一些估算，以太坊在完全使用PoW時，其年度電力消耗接近於一個國家，例如約旦或奧地利。但當以太坊完全轉移到PoS後，其電力消耗預計會減少超過99%。
各方面的比較：
| 比較項目 | 工作證明 (PoW) | 權益證明 (PoS) |
|---|---|---|
| 中央化風險 | 較高 (可能集中於大型礦場) | 較低 (由代幣持有者分散) |
| 入門門檻 | 較高 (需要昂貴的設備) | 較低 (只需持有代幣) |
| 投資成本 | 購入與運行多的計算能力 | 購入大量代幣 |
| 節能與環保 | 不節能 | 更環保 |
| 網絡參與動機 | 獲取新創建的代幣 | 保值和獲取交易手續費 |
| 網絡發展的影響 | 硬體技術進步可能導致集中 | 代幣分配可能影響治理 |
兩大共識機制優劣勢比較
以以太坊（Ethereum）為例，這是一個眾所周知的區塊鏈平台，該平台原本使用工作證明 (PoW) 作為其共識機制，但在其升級路徑中計劃轉向權益證明 (PoS)。這一轉換的主要目的之一就是為了減少其對環境的影響，因為PoW通常需要大量的電力來運行。
根據一些估算，以太坊在完全使用PoW時，其年度電力消耗接近於一個國家，例如約旦或奧地利。但當以太坊完全轉移到PoS後，其電力消耗預計會減少超過99%。
兩大共識機制優劣勢比較：
| 項目 | 工作證明 (PoW) | 權益證明 (PoS) |
|---|---|---|
| 優勢 | ||
| 安全性 | 高度安全：依靠計算能力，使網絡攻擊成本非常高 | 安全與去中心化：透過持有代幣的投資確保網絡安全 |
| 誘因 | 初期誘因強：獲得新創建的代幣 | 較低的入門門檻：只需持有代幣 |
| 節能 | — | 節能：不需大量電力消耗，環保 |
| 劣勢 | ||
| 能耗 | 高能耗：大量電力消耗，環境影響大 | — |
| 中央化風險 | 中央化風險：可能導致大型礦場主宰 | 代幣分配問題：如果代幣集中，可能影響治理 |
| 入門門檻 | 高入門門檻：需昂貴設備 | 較低的入門門檻：不需專業硬體 |
| 誘因 | — | 較少的初期誘因：主要出於代幣保值 |
五、轉型到 PoS 的趨勢與挑戰
隨著區塊鏈技術的逐步發展，選擇最適合的共識機制已成為各大項目最重要的關鍵決策。我們已經深入探討了工作證明 (PoW) 和權益證明 (PoS) 的核心區別，以及以太坊作為一個典型案例，展示了從PoW轉向PoS所帶來的能源節省。但為何越來越多的區塊鏈項目選擇這條轉型之路？而在這過程中，他們又面臨哪些挑戰和機遇？
為何多個主要的區塊鏈項目選擇向 PoS 轉型
隨著環境問題受到全球關注，區塊鏈項目的碳足跡成為了公眾關切的焦點。PoW，雖然安全，但其能源消耗巨大，與全球減碳的趨勢背道而馳。另外，PoW的中央化風險和獎勵結構也使得許多項目尋求新的方向。因此，多數區塊鏈項目認為PoS是一種既可確保網絡安全又相對環保的共識機制。
PoS帶來的優勢與挑戰
優勢：
- 環境友善：如我們先前提及，PoS消耗的能源遠少於PoW。
- 降低中央化風險：無需昂貴的礦業設備，使得更多參與者有機會參與確認交易的過程。
- 經濟激勵：通過交易手續費的獎勵，鼓勵參與者持有代幣和確保網絡的安全。
挑戰：
- 初始分配問題：如何公平地分配初期代幣以鼓勵廣泛參與成為一大問題。
- 網絡安全性：與PoW不同，PoS的安全挑戰在於確保足夠的參與者鎖定其資金以保護網絡。
轉型權益證明的實際案例分析
除了以太坊外，Cardano、Tezos和Algorand等區塊鏈也已採用PoS或其變種作為其共識機制。例如，Cardano的Ouroboros協議是基於PoS的，並且被設計為能夠提供與PoW同等的安全性，但在能源消耗上大大降低。Tezos則採用了一種叫做「液態證明權益」的系統，允許代幣持有者將其權益「委託」給其他參與者。
隨著區塊鏈技術的發展和普及，我們可以預見，選擇最合適的共識機制將決定一個項目的成功與否。在探索這片新興領域時，我們應始終謹記其核心價值觀：去中心化、透明性和安全性。
結論：工作證明(PoW)與權益證明(PoS)的哪裡不一樣？
區塊鏈，作為近年來最具顛覆性的技術之一，正在快速地形塑我們的未來。工作證明 (PoW) 和權益證明 (PoS) 作為其中最主要的兩種共識機制，各自帶有獨特的優勢和挑戰。從資源消耗的角度看，PoS具有明顯的優勢，而PoW則在過去多年裡證明了其網絡的安全性。但無論選擇哪種機制，它們都在確保區塊鏈的安全、透明和去中心化上扮演著至關重要的角色。
當今的區塊鏈領域如同一片湍急的河流，不斷有新的技術和解決方案浮現。選擇一個適合的共識機制不只是技術上的考量，更是對未來願景的一種承諾。正因如此，我非常鼓勵各位讀者，不僅止於了解這些技術，更要深入研究、持續關注區塊鏈的最新動態。
問與答：PoW與PoS解惑小教室
Q1: 為何PoW的能源消耗如此巨大？
A1: PoW需要礦工使用大量計算能力去解決複雜的數學問題以獲得區塊獎勵，這一過程消耗大量的電能。
Q2: 如果PoS更加環保，那為何不是所有的區塊鏈項目都使用它？
A2: 雖然PoS確實更加環保，但其也有一些挑戰，例如如何確保網絡安全。每種共識機制都有其適用場景和考慮。
Q3: PoS的「權益」是如何確定的？
A3: 「權益」通常是指用戶在區塊鏈網絡中所持有的代幣數量或持有時間，這決定了他們參與共識和獲取獎勵的機會。
Q4: 能否簡單解釋區塊鏈中的「共識機制」是什麼？
A4: 共識機制是區塊鏈網絡中的一種方法，用於確保所有參與者對數據的真實性和完整性達成一致意見。它確保了網絡中的交易是可信賴和不可篡改的。
Q5: PoW和PoS之間，哪一種更能抵抗「51%攻擊」(女巫攻擊）？
A5: 理論上，PoW和PoS都可能受到51%攻擊。但由於PoS參與者必須持有大量代幣來參與共識，執行攻擊的成本和風險通常更高。
Q6: 有沒有第三種或更多的共識機制存在於區塊鏈領域中？
A6: 是的，除了PoW和PoS，還有其他如「委托權益證明」(DPoS)、實用拜占庭容錯 (PBFT) 等多種共識機制，各自適用於不同的區塊鏈應用和場景。
Q7: 我聽說PoS有所謂的「質押」，這是什麼意思？
A7: 在PoS中，「質押」意味著參與者鎖定一定數量的代幣作為抵押，以參與網絡共識和獲得獎勵的機會。這增加了攻擊網絡的成本，因為不誠實的行為可能導致質押的代幣被沒收。
Q8: 如果我想參與PoS共識，我需要什麼設備或資源？
A8: 參與PoS共識主要需要一定數量的代幣作為質押。而從技術角度看，你可能還需要一台連接到網絡的穩定運行的計算機或伺服器，以確保24/7的參與。