最近有很多读者反馈，期待看到更多简单易懂的区块链科技内容。因此，獐鸽决定做一个“人对人的区块链技术”系列，用人们能理解的方式把它晦涩难懂的技术知识介绍给大家。本期獐鸽将从区块链最重要的共识机制入手，为您一一介绍。
本文先写最著名的POW(工作证明)，中文名字叫：工作量证明，是比特币目前使用的共识机制。
什么是共识机制？
在开始之前，我们应该先了解什么是共识机制。顾名思义，共识机制就是让一群人通过一定的规则达成共识。
比如最近的龟鸽年会上，两个小伙伴同时猜中了歌名。最后谁能拿下这一轮的小奖，就可以通过共识机制解决问题。
最简单的办法就是让别人投票，谁的票数多，A还是B，谁就赢。这是一种共识机制。(但显然，这种方式是不公平的。如果A是美女，B是IT男，在一个全是IT技术男的团队里，比如龟鸽，美女显然有胜算优势。)
有什么公平便捷的办法？再来一轮是个好主意，但有一种更公开透明的方式：掷骰子。通过相同概率的随机数来决定胜负。
回到正题，了解了什么是共识机制之后，相信大家不会再问什么是POW，而是POW是一种什么样的规则，解决什么问题。
POW解决了什么问题？
POW解决的第一个问题,也就是说，谁来记账(打包并赢得奖励)。
在区块链中，为了保证数据不被篡改，会对数据进行打包和链接——可想而知，把几个文件压缩成一个压缩包或者放到一个加密文件夹中，然后分发给其他人，需要耗费计算机性能和时间。
在比特币网络中，只有这个打包链条的“人”/节点才能获得比特币奖励。
POW需要解决的第二个问题:将数据分发给其他人后，可能会出现A同时收到B和C的数据包的问题。到底应该接收B和C谁的数据包，谁的块可以上行，也就是“分叉”。
POW通过怎样的规则解决这两个问题？
第一个问题：由谁来记账？
1.工作量证明
正如其名称-工作负载证明一样，POW决定谁将打包数据并根据工作负载对其进行链接。
简单来说，打包的具体操作就是通过哈希核心事务信息、块版本号、前一个块的哈希值、打包时间、计数器,等，生成一个256位的哈希码。很多次。
其中，工作量证明中最重要的是计数器。是一个无法用公式直接算出的数值,需要穷举,一直在猜测，从而确保所有人都有相同的概率得到这个值。
这个过程可以作为一个例子。比如现在规定第一个hash值小于20的人可以获得奖励。甲乙双方同时开始猜测。甲猜了1，乙猜了2。两个值哈希后，如果1哈希得到99，2哈希得到19(没有人能提前知道哈希值是多少)，那么B赢了。比特币正是通过这样的机制来选择“赢家”。(你可以阅读这篇关于哈希的文章)
如果不了解hash，可以看看这个例子：POW猜数字的过程就像掷骰子。没有人知道号码滚动，所以你需要继续尝试。决定胜负的方式是设定条件，比如掷出6就赢，这样对大家都公平，因为掷出6的概率是一样的。
2.竞争难度
比特币块每10分钟生成一次，但这个时间是不固定的，因为按照上面的机制，猜对是一个纯概率事件，也就是说有人有可能在几秒钟内猜对。
为了防止这种情况发生，比特币有一个难度调整，就是对上述规则中的“哈希值小于20”进行调整。如果“小于20”过于简单，那么就把条件设置为“小于1”，这样猜测的难度就大大增加了，猜测所需的平均时间自然也就增加了。
有没有可能没人猜到？是的，因为哈希值是不确定的，可能会有n个数用尽，永远得不到需要的哈希值。这时候你可以通过比特币预留的“留言板”添加任何内容，还可以重新排完数字再猜。
秉承人类说话技巧的精神，以骰子为例，规定飞行棋第一步只需掷出6即可。如果大家运气都不好，一直投不出去怎么办？那允许扔1“开后门”，大大降低了游戏难度；同样的，如果运气太好，大家都不停的投6，规定必须连续投两次6才可以走棋。这样通过自由调节规则，整体游戏时间不会太长也不会太短。
>3.工作验证
历经千辛万苦，我们终于猜对了值，但别人凭什么相信？需要通过验证。
即我们将数据打包好，发送给别人，其他人不会直接存到自己的区块链里，他们会先检查一遍，其中包括各种格式、值的范围、签名对不对等等。
还有一项检查内容就是这个计数器，检查者会把收到的数据内容再哈希一遍，看看我们这个数字有没有猜对，如果哈希完后发现这个哈希值符合本轮的规则，那么他们就会承认你的工作，并将这个区块存进他们自己的区块链文件夹里，随后就开始下一轮的“猜数字游戏”。
第二个问题：出现分叉如何处理？
1.默许临时分叉，继续运行
现在假如A和B几乎同时猜中了这个数字，他们将自己打包好的数据包向全网广播，其他人到底该“听”谁的？
遇到这种情况，比特币系统不会作出任何反应，即保持原规则，C先收到A，那么就接受A的数据；D先收到B，就接受B的数据。大家继续沿着自己当前的区块链进行下一轮猜数字游戏。
当下一轮只有C猜中了，C将数据广播给全网，此时，A、B、D都会接受C的数据，因为根据只承认最长链的规则，C此时的区块链是最长的，ABD都比它短一个区块，因此，ABD会同意用C的区块链覆盖自己的区块链。
2.达成共识
这样，一开始的争议就不存在了，即前一轮A和B的较量中，A获得了胜利。而B和D的数据库将回滚，B的奖励也会被清除，等于B和D在那一轮之后的工作全都白费了。
此外，假如连续两轮、三轮都有人同时猜对数字也没关系，因为猜数字完全是随机性事件，随着游戏轮数的增加，总会有决出胜负的那一轮。（以掷骰子为例脑补）
典型漏洞
先说一个前提，POW通过随机数的方式在特定情况下解决了公平竞争记账权的问题，但在现实情况中，一个人可以拥有多个设备。
因此，POW并不是绝对公平，A可以通过购买多个设备，在1秒内猜10次数字；而B如果只有1台设备，那么他1秒只能猜1次，显然这是不公平的。
不过这也就是为什么POW使用者越多越安全的原因――如果有1000万人使用基于POW的应用，每人一台设备，那么恶意攻击者至少需要500万台以上的设备或非常先进的设备才能实现攻击（即攻击者猜中的概率高于其他人），攻击后的收益与如此高昂的攻击成本相比，简直不值一提。
漏洞1：
算力垄断攻击：只要想要作恶的人拥有足够的“算力”，即他们的设备够多够快，凭借这个优势，即便他们第一、第二轮没有猜中，但根据概率来讲，他们的算力够强，那么猜中的概率也越大，迟早他们会成为最长链，从而把别人的区块链完全覆盖。51%攻击即源自于此，当作恶者的算力大于诚实者时，哪怕只多了1%，按照概率，作恶者的计划迟早会得逞。
漏洞2：
自私挖矿：当自己挖出新区块时，不对外宣布，而是继续悄悄地算下一个区块。如果自己已经连续算出了好几个区块，而别人刚刚把第一个块算出，那么自己把已有的区块发出去，就能把别人的数据覆盖，让别人的工作成果全部付之一炬；
（示意图1）
如果自己第二块还没挖出，别人第一块已经算出来了，那么就赶紧把自己的第一块发出去，造成“分叉”，即让部分人先接受自己的区块，让他们一起帮忙挖第二块，而自己由于第一块早就已经算完，提前开始挖第二块，按照概率来讲，先挖出第二块的可能性也比别人高得多。
（示意图2）
优劣对比
优势：规则简单、竞争公平透明，去中心化，使用者越多越安全。
劣势：效率低下，算力资源浪费较大，使用者少几乎没有安全性。
总结：适用信任成本高、交易量较小、使用人数多的场景；也可搭配其他共识机制，解决少量对“公平”要求较高的交易。
