在区块链技术中，共识机制是确保网络参与者之间同步和一致性的关键。共识机制允许矿工根据计算结果将新区块添加到网络中，网络参与者会验证新区块中添加的交易。在去中心化的网络中，要让所有参与者达成一致似乎是一项艰巨的任务。区块链通过共识机制在所有网络参与者之间建立治理。本文将介绍区块链中最流行和基础的共识协议之一——工作量证明（Proof-of-Work，简称PoW）。
共识机制简而言之，就是所有网络参与者达成一致的决定。例如，一群朋友一致同意去踢足球，没有冲突。在这里，共同决定去踢足球就是一种共识或相互协议的状态。在区块链的情况下，至少51%的节点或网络参与者同意即将发生的变更。如果发生这种情况，网络将更新新的变更。否则，网络将通过相互协议拒绝变更。
工作量证明（PoW）共识机制是最古老但最受欢迎的。这个想法起源于1993年，当时Mona Naor和Cynthia Dwork发表了一篇论文，探讨了算法防止欺诈的潜力。后来，Satoshi Nakamoto（比特币的匿名发现者）在他的白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》中创造了这个算法。PoW在区块链技术的发展中扮演了重要角色。目标是创建一个难以破解的认证系统。
去中心化网络基于不信任但合作的原则工作。区块链（去中心化网络）是由线性连接的区块组成的链，包含通过密码学保护的信息。在这里，每个区块包含其前一个区块的哈希值以保持连接。此外，每个区块还包含其他信息，如时间戳、区块高度、交易记录、Merkle根哈希、区块哈希、前一个区块哈希、难度级别等，这些都包含在区块头中。第二部分包含一组金融交易，其哈希值最终被转换为Merkle根。因此，区块链被定义为交易区块的链。
添加新区块到链中被认为是对当前系统的新更新。因此，它需要网络参与者的许可。为了决定是否添加新区块，使用工作量证明（PoW）共识机制。只有经过验证的交易才会被添加到网络中。与此相反，并非所有提议的区块都是有效的。大多数提议的区块网络被认为是无效的。区块链协议定义了区块的有效性。区块链网络有一个任意的“难度”设置，由协议管理，它改变了挖掘区块的难度。在这里，挖掘意味着添加新区块。
矿工设计链中的新区块。他们是想要将他们的区块添加到网络中的外部人员。开发有效区块所需的工作是价值的来源。矿工根据他们花费的计算能力挖掘新区块，获得相应的奖励。矿工通过挖掘有效区块来证明所做的工作。难度级别可以在比特币网络或以太坊等区块链中变化，以确保区块以规律的间隔被创建。
工作量证明（PoW）共识算法通过要求每个矿工克服难度级别来证明区块的有效性。只有当整个区块的哈希值低于难度哈希时，区块才被标记为“有效”。区块包含重要的交易信息，这些信息不能更改。因此，矿工通过更改nonce来使哈希低于难度阈值。Nonce是区块的一部分，可以通过更改它来限制难度级别。
让通过一个例子来理解PoW的工作方式以及它是如何工作的。假设Harry是一个比特币矿工，他希望将他的比特币（数字货币）交易区块添加到网络中。但是，要使他的区块有效，他首先必须更改区块，直到他的区块哈希值低于难度阈值。假设Harry区块的哈希值是817de9e0c，难度哈希是001000000，Nonce是8263。Harry会不断更改Nonce，直到他得到前三位数字为零的哈希值。经过数小时不断更改Nonce，他最终得到了哈希值000383ec5，难度哈希是001000000，Nonce是6778。现在达到了难度阈值。区块哈希值低于难度哈希值。因此，Harry的区块将被标记为有效并添加到区块链中。对于在比特币区块链中挖掘区块，Harry会获得一些比特币作为区块奖励，以回报他花费的计算能力来找到一个有效的哈希值。
这个过程完全基于偶然。因此，矿工的工作是不断更改Nonce值，直到区块的总哈希值低于难度哈希值。矿工还有其他责任，但这将是另一篇文章的主题。
工作量证明（PoW）的优势包括：解决方案难以找到，但易于验证；作为最初的共识机制，PoW不需要在挖掘前持有初始的硬币；与其他区块链共识机制相比，易于实现；它是容错的，意味着一个组件的失败不会关闭整个区块链网络；给矿工提供了通过添加区块来赚钱的机会；PoW是最古老、最受信任和最受欢迎的共识协议。
工作量证明（PoW）的局限性包括：大量能源浪费，因为最终只有一个矿工可以添加他们的区块；它需要大量的计算能力，因此消耗大量的资源和能源；存在51%的网络攻击风险，控制人可以获得51%来控制网络；随着附加机器的增加，带来环境危害；PoW是一个时间和能源的消耗过程；需要大量的硬件成本；存在被入侵者拒绝服务攻击的风险。
目前使用工作量证明（PoW）的主要加密货币包括：比特币、以太坊、狗狗币、莱特币、门罗币、比特币现金、数字字节、比特币黄金、以太坊经典和Zcash。
除了PoW之外，对于那些没有重型机械来运行如此大规模计算的矿工来说，这似乎并不公平。遵守工作量证明（PoW）机制涉及相当大的成本和努力。它还需要作为交易费的气体。因此，正在进行大量研究以取代这种共识机制。一些替代算法包括权益证明（PoS）、历史证明（PoH）、权威证明（PoA）、容量证明（PoC）、已过时间证明（PoET）等。