比特币挖矿 PoW 既昂贵又浪费，但公平

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比特币挖矿工作量证明 (POW) 公平吗？ 伦敦大学学院计算机科学与技术系比特币技术中心的Tomaso Aste认为，现有的比特币挖矿POW成本高、浪费大，但仍然是公平的。 Aste 最近在一项名为“公平比特币 POW”的研究中确定了决定比特币 POW 的几个因素。

阿斯特指出，比特币已经证明，互不信任的节点可以在互联网上进行价值交换，无需任何第三方中介或信托机构，因为比特币市值已经超过100亿美元，正面临严峻威胁的攻击。 正常情况下，每天可以处理数以万计的交易。

计算密集型过程

身份验证和加密的原则是比特币网络中涉及的计算密集型过程的核心。 比特币网络中有大量节点参与验证过程。

这个过程提供了一个原则，避免选民重复错误比特币矿工成本，促进选民展示算力。 为了保证有限多数的投票方式，系统采用了计算密集型的加密和密封过程。 该过程包括一项称为“工作量证明 (POW)”的挑战，第一个解决该问题的节点将获得比特币奖励。 这种被称为“挖掘”的原理允许创建新的比特币。

全世界的矿工每秒生成数十亿个哈希值（10^18 或一个 exahash）。 使用现有硬件计算十亿个哈希值会消耗 0.1 到 1 焦耳的能量。 因此，世界使用大约每秒 1 吉瓦 (GW/sec) 来创建有效的工作量证明。

虽然电力成本在全球范围内有所不同，但此过程每小时可产生约 50,000 美元的能源价值。

矿工奖励：12.5BTC

由于该系统每小时能够处理不到 10,000 笔交易，因此每笔交易的成本超过 5 美元。 用户不支付此费用。 矿工支付成本并获得新的比特币奖励。

在减半之前，区块奖励为 25 BTC，相当于约 15,000 美元。

社区挖矿估计，每 10 分钟挖出一个区块，消耗的能源成本为 50,000 美元/6，约合 8,333 美元，并获得约 15,000 美元的报酬。 这使得采矿业务有利可图，即使考虑到基础设施和硬件成本。

电力成本每年超过 4 亿美元。 这可以看作是一种巨大的浪费。

Aste 指出，比特币奖励现已减半至 12.5 BTC，盈利空间相对较小。

战俘的好处

POW 让区块链保持“纯粹”，让整个社区争先恐后地验证交易的有效性，使得对系统的攻击代价高昂。

成本合理吗？ Aste 声称这种成本使得双花攻击过于昂贵而无法执行。

当有人试图通过向不同用户花费一个比特币来获得更多比特币时，就会发生双花攻击。 攻击者试图尽可能重复花费的最大比特币数量。 一个区块的交易总量是有限的，目前约为100万美元。

如果一笔交易的金额高于一个区块的总交易价值，就会引起网络的注意。 这将经常性付款限制为 100 万美元。 虽然可以连续或并行重复多次复制，但不影响当前的计算结果。

避免攻击

攻击者可能会尝试获得 100 万美元的一小部分。 为此，攻击者必须确保验证两个重复的交易。 这需要一个带有两个附加到前一个块的块的分叉。

如果攻击者有足够的算力，可以生成两个有效的哈希来加密两个区块，从而造成两笔交易都被验证的假象，最后交易结算，必须等待六个新区块加入区块链以确保交易无法撤销。

在双花交易被认为稳定之前，攻击者必须生成六个有效哈希值。 攻击者只需要手动验证其中一个分叉。 系统会将其他分叉视为有效并允许其他矿工传播它们。 攻击者也可以传播它。

如何停止攻击

这种分叉的人工传播成本是 POW 的 6 倍。 如果成本小于利润比特币矿工成本，攻击者就会获利。 盈亏平衡点由以下等式表示： POW 的公平平衡成本等于区块价值复制除以用于结算的区块数。

按照目前的价格，攻击者必须将传统的区块价格提高 60%，从而使 600,000 美元的支出翻倍。

在平衡状态下，需要结算六个区块收益，每个区块的工作量证明成本的公平性估计如下：

平衡公平的每个区块的 POW 成本等于 100,000 美元。

自攻击发生以来，这种计算方法高估了成本，并且必须使用块值的一小部分来完成，以免引起注意。 长分叉传播时间不能超过1小时，所有区块由同一个矿工验证，目前还没有人发现异常。 因此，认为 10% 的成本是对攻击的威慑是合理的。

工作证明是浪费，但它是必需的。

Aste 认为，现有的 POW 成本对比特币来说是一种巨大的浪费，但却是必要的。 可以通过增加需要结算的区块数量或通过在早期阶段检测分叉来降低成本。 同时，攻击者还可以通过攻击矿场或窃电等方式来降低成本。

Aste 指出，其他一些工作机制同样能够创建区块链，并且不需要这种计算密集型的 POW。

POW 为不可信机构的匿名系统生成合格选民。 这种验证选民身份或避免不可控地重复选民的原则可以消除或减少对 POW 的需求。 但是，这一原则还必须放宽其他属性，例如开放性、均匀分布的验证或匿名性。