什么是pow机制 pow机制和pos机制

一、pos机制解决了pow的问题

pos机制解决了pow的问题情况如下：

POS（权益证明）机制是一种替代POW（工作量证明）机制的共识算法，用于解决区块链网络中的问题。了解一下POW机制。POW是一种由比特币引入并广泛应用的共识机制，它要求矿工通过解决复杂的数学难题来竞争记账权，从而产生一个新的区块并获得一定的奖励。然而，POW机制存在一些问题，如高能耗、算力集中以及网络安全性等。

而POS机制则提供了一种更加高效且节能的共识解决方案。在POS中，记账权与持有虚拟货币的数量有关，参与共识的节点需要锁定一定数量的货币作为抵押，这样就能够获得相应的记账权。

1、能源效率：相对于POW机制需要大量能源来进行挖矿的计算工作，POS机制几乎没有能源浪费。因为POS机制不需要算力竞争，而是基于货币持有量来产生记账权。这使得POS能够节约大量能源，降低网络运行的碳排放。

2、分散性：POW机制可能导致算力集中在一些大型矿池，这给网络安全性带来潜在风险，例如51%攻击。而POS机制可以避免这种情况，因为节点的记账权是与其持有的货币数量相关的，每个节点都有机会参与共识过程。

3、安全性：POS机制通过激励节点持有和维护虚拟货币的健康生态系统，可以提高网络的安全性。因为节点需要锁定一定数量的货币作为抵押，如果节点有恶意行为，例如双花攻击，将会受到丧失抵押资产的风险，这使得节点有自我约束的动力，保证了网络的安全性。

4、扩展性：POS机制具有较高的扩展性，可以更好地适应区块链网络的规模变化。在POS中，记账权与持有货币的数量相关，因此随着网络规模的增大，持币者可以更频繁地参与记账，这提高了网络的吞吐量和交易速度。

虽然POS机制解决了POW的一些问题，但它也存在一些潜在的挑战和限制，例如财富集中和可能的“富者愈富”效应。此外，POS机制中如何选择记账节点以及如何处理共识决策的问题也需要合理的设计和机制来解决。

因此POS机制通过引入持币者的权益作为共识依据，不仅提高了区块链网络的能源效率和安全性，还促进了分散性和扩展性。它为区块链技术的发展提供了一种更加健康和可持续的共识算法选择。然而，在实际应用中，选择适合具体场景的共识机制仍然需要谨慎评估和权衡。

pos机的由来

POS机（Point of Sale）的由来可以追溯到20世纪70年代。在那个时期，电子商务和刷卡支付的兴起催生了POS技术的发展。起初，POS机是用来取代传统的收银机的一种新型设备。传统收银机主要依靠人工输入商品价格和计算总额，存在数据录入慢、易出错等问题。

而POS机的出现，则极大地提高了商铺的收银效率和精确度。第一代POS机是由IBM于1973年开发出来的，并在1974年首次投入使用。这种POS机使用了磁卡来存储商品信息和价格，通过扫描磁卡上的条形码，自动识别商品，并计算出总金额。

随着计算机和通讯技术的进步，POS机也逐渐变得更加智能和功能强大。1980年代开始，POS机开始使用触摸屏和键盘界面，可以实现更便捷的商品输入和选择。1990年代，POS机开始支持信用卡和借记卡支付，为商铺和顾客提供了更多的支付方式选择。

随着互联网的发展，POS机也发生了革新。现在的POS机通常集成了计算机、触摸屏、条码扫描器、打印机以及其他必要的硬件和软件组件。并且，POS机可以与后台管理系统相连，实现库存管理、销售统计、报表生成等功能，为商家提供全面的数据支持。

二、PoW共识机制的原理

比特币的共识机制就是PoW共识，借鉴了HashCash的处理方法，下面就来说说比特币如何进行PoW共识的。

从区块头的结构中可以看到一个4 bytes的Nonce值，Nonce值的变动会影响整个区块头的哈希值，挖矿节点即是通过尝试不同的Nonce值（通常从0开始每次加1），寻找一个哈希值小于Difficulty Target指定的难度值。

PoW证明过程，这也就是俗称的挖矿过程，找到合适的哈希值。

这里不详细说明区块打包过程，区块通过一定的算法被生成，当然生成是需要一定的代价的。

区块头里的各个值并不是随机的，而是由固定的算法得出， Merkle根哈希值就是把交易打包变成一颗Merkle树，最后得出根的哈希值，难度值是根据算法不断调整，要维持出块速率是10分钟出一个块。

首先我们把所有交易打包生成Merkle树，计算Merkle根的哈希值，然后组装区块头，把区块头不断进行SHA256(SHA256(区块头))双重哈希操作，然后判断是否小于网络目标值，这里其实就是把它变成2进制，二进制前面有多少位是没有0的，因为有1的话，这个十进制的值肯定是很大的，就不会符合条件。如果大于这个目标值，说明前面的位数没有满足前多少位为0的条件哈希不成功，那么就改变随机数值，组成新的区块头，继续哈希。

这是就是是挖到矿了，其他节点验证的话也简单，只要做一次SHA256(SHA256(验证区块头))来判断。

比特币挖矿难度调整方式非常简单，难度目标调整即不断将256位的难度值减小，如277315号区块的难度值十六进制表示为：0x0000000000000003A30C00000000000000000000000000000000000000000000

这个数字在二进制表示下前60位均是0，如果要增加难度只需要减小这个值，随着难度值的减小，起始0的个数增多，可寻找的哈希值范围减小，挖矿难度就越大。

难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每2016个区块，所有节点都会按统一的公式自动调整难度。如果区块产生的速率比10分钟快则增加难度，比10分钟慢则降低难度。

公式可以总结为：新难度值=旧难度值×（过去2016个区块花费时长/20160分钟）

优点

缺点

1：挖矿过程为什么要计算两次哈希值？

中本聪在设计比特币的挖矿算法的时候，考虑到SHA2-256算法存在被破解的可能，虽然在理论上并未出现对SHA2-256算法的攻击。为了减弱攻击的威胁，区块头数据要对SHA2-256算法运算两次。

2：如果所有节点都从0开始尝试Nonce值，那不就永远都是算力高的节点先计算出有效的结果，算力低的节点永远没希望挖矿成功？

区块头大部分信息都是一样的，但是Merkle Root对于每个节点必然是不同的，因为每个节点都会有自己的Coinbase交易，该交易中存在节点矿工的地址，此地址对于每个独立挖矿节点都是不同的，根据哈希函数的雪崩效应可知每个独立节点的Merkle Root必定有显著的区别。

3：如何解决拜占庭问题？

通过工作量证明就增加了发送信息的成本，降低节点发送消息速率，这样就以保证在一个时间只有一个节点在进行广播，同时在广播时会附上自己的签名。工作量证明其实相当于提高了做叛徒（发布虚假区块）的成本，只有第一个完成证明的节点才能广播区块，竞争难度非常大，需要很高的算力，如果不成功其算力就白白的耗费了，整个系统也因此而更稳定。

三、什么是工作量证明机制(POW)

工作量证明机制（POW）不难理解，很多情况下我们都使用POW，只是不自知而已。在不考虑验证的情况下（无论是中心化还是非中心化的验证），我们可以认为任何具有概率性事件的累计都是工作量证明，如淘金。假设矿石含金量为p%质量,当你得到一定量黄金时，我们可以认为你一定挖掘了1/p质量的矿石。而且得到黄金数量越多，这个证明越可靠。

在一个简单的钓鱼游戏里，如果钓到鱼的概率是较小的，我们可以认为玩家持有一定数量的鱼就相当于完成了一定量的钓鱼工作，从而可以认为玩家完成了钓鱼任务。

一个人具有的一些技能如外语口语，乐器或是运动技巧，通常也是一种工作量证明。不用检查四六级证书，一个人能流利的说外语或者演奏乐器，那么TA一定在这些技能上投入了足够的工作量，而且这个工作量与技能的熟练程度是正相关的。数字货币交易平台“币汇”。

再说这四六级证书，一般认为在不能作弊的考试里采用足够多的客观题，也可以做到工作量证明的效果，因为一个人从概率上不可能连续蒙对大量的客观题。因此一般认为文凭也是有说服力的。同样的，飞行员的飞行小时数也说明问题，如果你飞了一万小时还活着，大概率就不是靠运气。

在一些其他场合我们也可以见到POW的踪影，比如电子游戏里的胜率、K/D比率，在大量的交战中一定的胜率能说明玩家的实力。同样有些游戏里的成就系统、装备体系也是POW，一般认为成就点数高的玩家在游戏里投入更多，更不容易诈骗，有时候交易点卡要求装备等级或者成就点数也是这个道理。

因此，POW要求出示一定的证明表明工作量，证明可以是直接记录也可以是以概率表示，其中对于由小概率事件累计的工作，出示结果等同于证明了工作量（因为不太可能直接得到小概率结果）

在比特币和其他类比特币的系统中，POW系统是以合乎要求的HASH作为工作结果。由于矿工要取得合法的计算结果需要一定量的计算，因此得到合法的计算结果就可以证明完成了一定量的计算。