比特币采矿证明的工作成本：大，浪费，但公平

摘要: “工作量证明机制（POW）”的成本在比特币挖矿中是合理的吗？ TomasoAste 的伦敦大学学院区块链技术中心位于伦敦大学学院的计算机科学部，他认为现行挖矿成本太高并且浪费，虽然如此，但是它却很公平合理。Aste最近 …

“工作量证明机制（POW）”的成本在比特币挖矿中是合理的吗？ TomasoAste 的伦敦大学学院区块链技术中心位于伦敦大学学院的计算机科学部，他认为现行挖矿成本太高并且浪费，虽然如此，但是它却很公平合理。Aste最近仔细核查了比特币挖矿的相关因素，并下定决心就关于最近工作量证明成本的问题做了一个题目为“比特币工作量证明的成本是合理的”文章。

Aste指出，比特币已经证明了互不信任的双方可以在互联网上交换价值而不需要任何第三方中介或者是信任的机构，比特币的市值已经达到了100亿美元，每天的数以万计的交易过程都面临着严重的攻击挑战。

密集的计算过程

验证和加密的密封机理对比特币网络来说是至关重要的，因为它涉及了密集的计算过程。比特币网络的很多节点都在从事验证过程。

这个过程提供了一种避免投票人虚假的重复以及强制投票人去证实计算性能的一种机制。为了确保有效票数的安全，该系统采用了加密的密封过程，那就是密集型计算。这个过程包含了一个名为“工作量证明的机制”。第一个完成这个挑战的节点将会获得比特币奖励。这种机理叫做“挖矿”，能够创造新的比特币。

全球矿工每秒钟能够产生数十亿的哈希值。使用现有的设备，计算10亿哈希值会消耗0.1到1焦耳的能量。因此，全世界每秒钟大约会有10亿瓦的电量被用来创造一个有效的工作量证明机制。

这个过程消耗的电量大约是每小时50，000美元，当然电量的成本在全世界也各不相同。

矿工奖励：12.5BTC

依照该比特币系统目前的进程是每小时处理10000笔交易，那么每笔交易的成本约为5美元。用户不需要支付这笔钱。矿工需支付这个成本并且会被奖励新的比特币。

个人的工作量证明奖励是25个比特币，依照现在的价格等同于为15000美元，但是现在奖励已经减半。

采矿社区每10分钟创造一个区块的电费成本费为50000/6，约为8333美元，他们收到的报酬约为15000美元。这就使得再考虑到基础设施和硬件成本费后，采矿作业依旧有利可图。

采矿操作一年总共花费的电力成本约为4亿美元。这可以被视为一种巨大的浪费。

Aste指出，如今区块奖励减半至12.5BTC，这就使得矿工的利润空间更小了。

工作量证明的好处

工作量证明保证了区块链始终是一种纯粹的机制，它让全社区来竞争证明交易的有效性，同时使得攻击比特币网络的人要付出巨大的代价。

这个工作量证明的成本是合理的吗？Aste声称这个成本应该使得双重消费在看到这个代价时直接望而却步。

当一个人试图通过消费同样的比特币来和不同的用户进行交易获得更多更多的比特币时，双重消费攻击就会出现。攻击者将会尽可能地尝试双重消费更多的比特币。而这个消费通常都会被限制在一个区块内，而这个数值大约是100w美元。

在一个区块中，如果一笔交易的金额要比全部交易的价值要高，它就会吸引网络的注意力。这一真实情况就会限制双重消费数值为100w美元。虽然重复消费会被反复验证，但是这并不影响目前的计算结果。

免受攻击

攻击者也可以尝试获得100w美元的一部分。为了这么做，攻击者必须确保重复交易都被确认。这就需要一个分叉，两个区块都要和先前的区块相连。

如果攻击者有足够的算力，就有可能产生两个有效的哈希值去打包区块生成戳记，使得两次交易被确认。对于最后的结算，他就必须等待6个新的区块加入到区块链中确保交易不大可能被修改恢复。

攻击者必须要在双重消费被结算前产生6个有效的哈希值。攻击者也必须要在最短时间内人为地使两个分叉中的其中一个分叉合法化。这样系统就会认为另一个分叉也是有效的，然后让其他矿工来继续扩大区块链。攻击者也可以扩大区块链。

Aste指出，假如没有人去主意扩容的分叉这是不切实际的，但是这种假设是这一假说最理想的目的。

攻击者望而却步

分叉的人为扩展造假的成本是工作量证明成本的6倍。攻击者将会核实是否他花费的代价要小于收益。盈亏平衡点由以下公式表示：工作量证明的公平均衡成本=一个区块内重复消费部分的价值/要结算的区块数量。

根据最近的价格，攻击者重复消费一个区块60%的价值，那么他双重消费了600，000美元。

需要6个结算区块来估计每个区块在工作量证明的公平均衡成本：

每个区块工作量在证明的公平均衡成本=100，000美元。

这个计算过高的估计了攻击成本，为了不被注意，攻击者就只能尽可能小的去双重消费区块价值。一个长分叉在经过一个小时被所有区块确认之后再被同一个矿工扩展而不被其他人发现蛛丝马迹，这是不可能的。那么，考虑10% 的成本就合理了，这对攻击者来说已经是一个足够的威慑。

工作量证明是浪费的，但也是必须的

Aste总结了目前比特币工作量证明的成本，认为它是成本高且很浪费，但是也是必不可少的。成本削减可以通过提高用于结算的或者在早期检测分叉的区块数量。同时，攻击者也可以通过攻击矿池或偷电的方式来削减成本。

Aste指出，这里也有其他建造区块链的机制并不需要工作量证明的密集计算。

工作量证明机制就是在一个匿名的互不信任的系统中创立合格的投票者。这个机制检验投票人的身份或者避免不可控制投票者的重复过程，这可以去除或者减少工作量证明的需求。但是这种机能必须能够放宽其他的特性，例如开放性，平等主义，分布式验证或者匿名性。

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