【区块链基础】共识机制-POW

在上一篇文章中（【区块链基础】智能合约），给大家分享了区块链2.0中最关键的技术智能合约，我们知道了智能合约的概念，认识了最简单的智能合约代码，知道了区块链中的矿工可以获得代币奖励（产生区块的奖励+交易手续费），知道了智能合约通过技术解决了信任的问题。提到信任不得不说的就是共识，只有一群人有了共识才会有信任。那么区块链又是通过什么技术来实现共识的呢？这接下来的这一系列文章中我们就一起来看看区块链中的那些共识机制。
随着区块链的不断发展，也产生了许多共识机制，比如POW(Proof of Work)、POS、DPOS等等。这些共识机制在区块链中扮演着什么角色，它们的作用是什么，它们的原理又是什么以及它们的不足在什么地方？今天，先从比特币采用的共识机制POW开始，我们一起来寻找上边问题的答案。

[h1]共识机制[/h1]要想更好的理解POW，先来看看什么是共识机制。共识，即共同的认识；而共识机制则可以理解为一群人玩一个游戏时达成共同认识的规则，既然是大家达成的共识，则所有人都需要遵守这个规则。
区块链中的共识机制又是什么呢？

举个简单的例子，你和小明在一个村，有一天小明来向你借了3万块钱，按照村上的规则，你需要通过广播将小明借你3万块钱的信息广播出去，村上人听到这个消息后，会向小明确认这件事情是否属实，如果确认属实则他们每个人会将这个信息记录在自己的账本上，需要注意的是这个账本上将会记录你们村所有的信息，所以必须保证所有人记录在账本上的数据保持一致。

我们暂且不去考虑上边的例子是否可以做到，假定我们可以通过各种方法解决这些问题，那么上边的例子就可以很好的解释区块链中的共识机制。
在区块链中，是去中心化的（其实更准确的说是多中心化），没有任何人告诉每一个节点（可以理解为上例中每个记账的村民）什么时间该干什么事情。这个时候就需要一个共识机制来保证记账这件事情有效顺利的进行。网络上所有的节点在共识机制下工作，它们一起协作完成一个按时间顺序的可信的公共账本 (公开的数据库)。每个节点都保存一份完整的数据备份，且每个节点的数据内容必须完全一致。
[h1]什么是POW？[/h1]POW，Proof of Work，即工作量证明。它是比特币区块链所采用的共识机制，每个节点通过消耗算力来争取出区块的权利。
比特币是如何产生的呢？你可能听说过它是通过矿工挖矿产生的。那什么是挖矿呢？挖矿其实就是节点争取到出区块的权利后系统为了奖励矿工奖励给它的比特币。系统的奖励方式是：从比特币2008年诞生开始，每产生一个区块系统会奖励给矿工50个比特币，每4年减半，即到现在每产生一个区块系统会奖励矿工12.5个，再过130多天将会迎来比特币的再一次减半。
中本聪在创建比特币时的初衷是想让人人都能够参与挖矿，即在自己电脑上安装了比特币钱包后就可以参与挖矿。但因为POW的共识机制靠的是算力，算力越强越有可能获得出块权，所以现在只有拥有很强算力的专业节点才能参与挖矿出块。
网络上的节点非常的多，作为节点如何才能争取到出块权？在比特币区块链中，是通过计算一道计算题谁先计算出来谁就拥有出块权。这道计算题跟哈希256算法相关，系统出一个有难度（该难度可以进行调整）的哈希码，所有节点通过随机数进行验证是否与该哈希值相同，如果相同则该节点就可以向其他所有节点进行广播自己的结果，其他节点可以进行验证是否属实，达成公示后该节点便拥有了该区块的产生权并且可以获得系统奖励的比特币。
比特币大概10分钟左右会产生一个区块，系统是如何保证的呢？在比特币区块链中，每产生2016个区块系统都会和2016分钟的时间进行比较，如果比这个时间短，则说明该验算的哈希码偏难则系统会调整该验证的哈希码的难度容易些，则下2016个区块验算起来就相对容易。如果比这个时间长，则说明此2016个区块的验证码偏简单，则系统会将验算的哈希码的难度变难。通过这种方式保证每个区块产生的时间在10分钟左右。

最长链规则。在比特币区块链上有一个共识：始终以最长链为主链，即最长链规则。各个节点都以数据块最多的一条链作为自己添加和更新区块的选择。有了这个规则之后，我们只会保存一条有效的长链，其他的不在主链上的区块都会作为不合法而不复存在。

[h1]POW存在的问题[/h1]简单的聊完POW共识机制后，我们来看看POW目前存在的问题：
1，POW共识机制需要消耗大量的算力，而在比特币系统中则是通过消耗大量的电力来产生算力，造成能源浪费；
2，因为POW共识机制是通过算力的大小来争取出块权，这就出现了强算力的集中化，即作为矿工的基准线提高了很多，要想作为矿工挖矿首先你需要很强的设备来提供算力，这就背离了比特币的完全去中心化的初衷；
3，确认时间长、交易吞吐量低。