比特币挖矿POW成本大且浪费，但却是公平的

比特币挖矿工作量证明（POW）是公平的吗？伦敦大学学院计算机科学技术系的比特币技术中心的Tomaso Aste认为现有比特币挖矿POW成本大并且浪费，但尽管如此，依然是公平的。Aste最近在标题为‘公平的比特币POW’中确定了几个决定比特币POW的因素。”

Aste指出，比特币已经证明彼此不信任的同行之间在没有任何第三方中介或信任机构下可以在互联网交换价值，因为比特币已经拥有超过了100亿美元的市值，并且在面临严峻攻击威胁的情况下每日还能理数以万计的交易。

计算密集型过程

验证和加密的原理，对于比特币网络所涉及到的计算密集型过程是至关重要的。比特币网络中大量的节点参与验证过程。

这个过程提供了一种避免了表决者出现错误的重复和促进表决者演示计算能力的原理，为了确保限制性多数的表决方式，该系统采用了称为计算密集型的加密密封过程。该过程包括一个被称为“工作量证明（POW）”的挑战，解决了这一挑战的第一个节点就可以收到一种比特币奖励。这种原理，被称为“挖矿”，它允许创建新的比特币。

全球矿工每秒产生数十亿的哈希值（10 ^ 18或一exahash）。用现有的硬件计算十亿哈希，消耗0.1至1焦耳的能量。因此，全球每秒钟使用约十亿瓦（GW /秒）创建一种有效的工作量证明。

尽管电力成本在全球范围内变化，但是这个过程每小时消耗的能源价值也能够占到约$ 50,000。

矿工奖励：12.5BTC

由于该系统每小时能够处理不到10,000笔交易，每笔交易成本超过5美元。用户不支付这笔成本。矿工们支付成本并从新的比特币中获得奖励。

在减半之前，区块奖励为25BTC，相当于约15000美元。

社区挖矿估计每10分钟挖出一个区块，消耗的能源成本为50000美元/ 6，即大约8333美元，获得大约15000美元的报酬。这使得挖矿运营有利可图，即使考虑到基础设施和硬件成本。

一年的电力成本超过4亿美元。这可以被看作是一个巨大的浪费。

Aste指出，如今比特币奖励减半，减至12.5BTC，留下的利润空间相对较小。

POW的好处

POW允许区块链保持“纯粹”和让整个社区争相核实交易的有效性，并且使对系统进行攻击的成本高。

成本是合理的吗？Aste声称这个成本让重复消费攻击成本太高，以至于无法执行。

当有人试图通过把一笔比特币花在不同用户身上来获得更多比特币时，这时就会发生重复消费攻击。攻击者试图尽可能的重复消费的最高数量的比特币。一个区块内的交易总额是受到限制的，当前约100万美元。

如果一笔交易的金额比一个区块的总交易值还高，那么就会吸引网络的关注。这就将重复支付限制在100万美元。虽然副本可以重复连续或平行几次，但它不影响目前的计算结果。

避免攻击

攻击者可以尝试获得100万美元的一小部分。要做到这一点，攻击者必须确保两个重复的交易进行了验证。这需要一个分叉带有附加在先前的区块的两个区块。

如果攻击者有足够的计算能力，它能够生成两个有效哈希以加密两个区块，以此创建两者交易都被验证的表象，最终交易结算，必须等待六个新区块块加入区块链以确保交易是不可能被恢复的。

攻击者在重复支出交易之前必须生成六种有效哈希，这样才可能被视为稳定。攻击者只需要人工验证其中一个分叉。该系统将考虑其他分叉是有效的，并让其他矿工进行传播。攻击者也可以传播它。

如何阻止攻击

该分叉的人造传播成本是POW的6倍。如果成本低于利润，攻击者将获益。盈亏平衡点由以下方程表示：POW的公平平衡成本等于区块价值重复部分除以用于结算的区块数。

以当前的价格，攻击者要增加传统区块价格的60%，因此重复支出600，000美元。

在处于平衡状态下，需要结算六个区块收益，以下对每个区块工作证明成本的公平性进行估计：

平衡公平的每个区块的POW成本等于100，000美元。

自从发生攻击以后，这种计算方法对成本估价过高，为了不被人注意，必须以一小部分的区块值来完成。长分叉传播时间不可能超过1小时，并且所有的区块都被同一个矿工验证，同时还没有人发现异常。因此，认为10%的成本对攻击具有威慑力是合理的。

工作证明很浪费，但这是必需的。

Aste认为，现有的POW成本对于比特币来说是巨大的浪费，但这是必要的。成本可以通过提高所需要结算的区块数或在早期阶段检测分叉来进行削减。同时，攻击者还能通过攻击矿场或偷电的方式降低成本。

Aste指出，一些其他的工作机制同样能够创建区块链，并且不需要这种计算密集型POW。

POW为不可信任的机构的匿名系统产生合格的表决者。这种验证表决者身份或避免表决者重复不可控制的原理，它可以消除或减少POW的需要。但是，这种原理也必须放宽其他属性，如开放性，平均分配验证或匿名性。