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     POW工作量证明(英文全称为Proof of Work)早在比特币出现之前就已经有人探索,常见的是利用HASH运算的复杂度进行CPU运算实现工作量确定,当然你也可以利用卷积求导、大质数分解这些复杂的运算来达到工作量证明的目的(HASH只是pow采用一种算法而已,你可以使用大部分需要迭代运算的算法实现POW,其实稍微改一下pow算法就有可能诞生一种山寨币,然后大肆宣传欺骗小白,了解原理后就知道这并没有什么卵用),随着比特币成功后,POW为人们熟知,基于HASH的pow算法常被人误解为是pow的代名词,为了便于解释pow原理本文还是采用HASH算法作为举例。

定义

(Proof-of-work,工作量证明)最早是一个经济学名词,它是指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式


在1999年,Markus Jakobsson and Ari Juels两人将pow概念引入计算机体系,设计系统用以抵挡拒绝服务攻击和网络爬虫,后来在反垃圾邮件中被广泛使用。其设计理念是一个正常用户写一封邮件是需要一定的时间,而发送垃圾邮件者是无法接受这个等待的时间,如果pow系统能够使垃圾邮件发送者需要更多的时间来发送邮件,就可以增大他们的成本,起到抵挡攻击的作用。


pow系统中一定有两个角色,工作者和验证者,他们需要具有以下特点:


  • 工作者需要完成的工作必须有一定的量,这个量由工作验证者给出。

  • 验证者可以迅速的检验工作量是否达标。

  • 工作者无法自己"创造工作",必须由验证者发布工作。

  • 工作者无法找到很快完成工作的办法。


pow历史

工作量证明,是一种应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它要求发起者进行一定量的运算,也就意味着需要消耗计算机一定的时间。这个概念由Cynthia Dwork 和Moni Naor 1993年在学术论文中首次提出。而工作量证明(POW)这个名词,则是在1999年 Markus Jakobsson 和Ari Juels的文章中才被真正提出。


哈希运算是一种最常见的工作量证明机制,它是亚当·贝克(Adam Back)在1997年发明的,用于抵抗邮件的拒绝服务攻击及垃圾邮件网关滥用。在比特币之前,哈希现金被用于垃圾邮件的过滤,也被微软用于hotmail/exchange/outlook等产品中(微软使用一种与哈希现金不兼容的格式并将之命名为电子邮戳)。


该机制主要利用HASH运算的复杂度,通过给定的初始值,通过简单的值递增规律,利用HASH碰撞原理,直到找到特定的碰值,可以通过调节碰撞值得长度,实现对于工作量的调节(碰撞值越长,所需要的运算量越大


哈希现金也被哈尔·芬尼以可重复使用的工作量证明(RPOW)的形式用于一种比特币之前的加密货币实验中。另外,戴伟的B-money、尼克·萨博的比特金(Bit-Gold)这些比特币的先行者,都是在哈希现金的框架下进行挖矿的。


哈希现金扫盲

哈希现金HashCash是最典型的Solution-verification实现,HashCash也是目前应用最为广泛的反垃圾邮件的pow系统。


在HashCash系统中,发件方向邮箱服务器发送的邮件信息中必须包含一段邮件签名,邮件签名中包含有收件人地址、发件时间和一个数字counter,counter需要使邮件签名满足条件:


利用SHA-1散列算法对邮件签名生成一个160-bit长度的哈希值,该哈希值前20位全为0 。此算法利用了散列算法的不可预测性,SHA-1的碰撞概率决定了算法的安全性。


在目前的认知中,发件方除了穷举尝试,无法很快的找到满足条件的签名串。于是发件方在发送邮件之前的工作就是不断地counter++生成新的邮件签名,然后获取SHA-1哈希值,判断前20位是否全为0,如果不是的话重新生成。而对于邮件服务器而言,只需要做一次SHA-1判断生成的签名是否满足条件即可,完全符合POW易于验证的定义。


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