共识算法（Consensus Algorithm）是区块链的“心脏”，它决定了多个节点在没有中央机构的前提下，如何就“谁来记账”达成一致。
什么是 PoW（工作量证明，Proof of Work）
定义：
工作量证明（Proof of Work, 简称 PoW）是一种共识机制，要求节点通过解决一个高难度数学问题，来获得记账权。
第一个算出答案的节点获得“打包交易 → 生成区块 → 获取奖励”的权利。
它是比特币、以太坊（1.0）等早期区块链系统的核心共识机制。
工作原理：像在玩“猜谜游戏”
核心过程：
1. 收集交易，打包为候选区块
2. 猜一个 nonce 值，使得：hash(区块内容 + nonce) < 难度目标
3. 谁先猜出满足条件的 nonce，谁赢
4. 将新区块广播至全网，其他节点验证
5. 验证无误后，区块被写入区块链
这个“猜 nonce 找哈希”的过程被称为挖矿（mining）。
哈希难度示例：
目标：hash(block) 必须以“前10位为0”开头尝试：
hash("Block#1234 + nonce=100") → 不符合
hash("Block#1234 + nonce=1000982") → OK
这个过程非常耗费计算资源。
为什么 PoW 安全？
- 如果有人想修改历史区块，需要重新挖矿所有后续区块
- 同时还要比全球大多数算力快 → 几乎不可能
这叫做：链的最长合法分支是“全网算力最多节点”挖出的链
奖励机制
- 区块奖励（如比特币当前每个新区块奖励为 6.25 BTC）
- 交易手续费（打包交易的 gas fee）
这就是为什么矿工有动力参与。
技术特性总结
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 共识机制类型 | 基于算力竞争 |
| 代表平台 | 比特币、以太坊1.0、Litecoin、Dogecoin 等 |
| 核心资源 | 计算能力（CPU/GPU/ASIC） |
| 优点 | 安全性强、机制简单、抗女巫攻击 |
| 缺点 | 能耗高、TPS（交易吞吐）低、硬件门槛高 |
比较：PoW 与其他共识机制
| 特性 | PoW（工作量） | PoS（权益证明） | PBFT（拜占庭容错） |
|---|---|---|---|
| 安全性 | 高 | 中高 | 高（小范围） |
| 能耗 | 非常高 | 低 | 低 |
| 节点参与门槛 | 高（买矿机） | 中（持币） | 中（认证节点） |
| 适用场景 | 公链、抗攻击场景 | 公链（新一代） | 联盟链、私链 |
| 性能（TPS） | 低 | 中 | 高 |
PoW 实际使用案例：比特币
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 算法 | SHA-256 哈希函数 |
| 区块时间 | 每 10 分钟一个 |
| 区块奖励 | 每四年减半，目前是 6.25 BTC（2024后减为 3.125） |
| 难度调整 | 每 2016 个区块动态调整一次（约两周） |
| 全球算力 | 数百万亿次哈希/秒 |
总结
| 维度 | 描述 |
|---|---|
| 本质 | 用计算力竞争记账权 |
| 核心机制 | 解难题 → 发现新区块 → 获取奖励 |
| 安全性 | 非常高（攻击成本极大） |
| 缺点 | 能耗高、性能低、挖矿中心化趋势严重 |
| 应用 | 比特币、Litecoin、Dogecoin、早期以太坊等 |
