比特币与支付宝、微信支付类似，比特币属于互联网支付，不需纸钞也没有摸得着的真金白银。但微信和支付宝处理的是人民币，是政府发行的法定货币，代表民众对权力机构的信任。而比特币是去中心化的虚拟“货币”，背后完全没有机构或法律背书，完全是参与者的集体管理。

区块链是一种底层技术，比特币是该技术的一个明星应用。由于搭载在区块链平台上，运用分布式记账机制，系统中所有节点都参与记账过程，那么一笔交易产生后由哪个节点记账？如果有恶意节点想随意篡改数据获取利益该如何发现？这就引入了“工作量证明”。

工作量证明

工作量证明（Proof-of-Work，PoW）是一种对应服务与资源滥用、或是阻断服务攻击的经济对策。一般是要求用户进行一些耗时适当的复杂运算，并且答案能被服务方快速验算，以此耗用的时间、设备与能源做为担保成本，以确保服务与资源是被真正的需求所使用。

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。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等，就是通过检验结果的方式所取得的证明。

区块链任何一个节点，如果想生成一个新的区块并写入区块链，必须解出比特币网络出的工作量证明的迷题，这个过程我们称之为“挖矿”。这道题关键的三个要素是工作量证明函数、区块、难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块决定了这道题的输入数据，难度值决定了这道题的所需要的计算量。

1.工作量证明函数

和我们上节例子中用到的哈希函数一样，比特币系统中使用的工作量证明函数正是SHA256。

2.区块

区块头的大小为80字节，由版本号、上一个区块的哈希值、Merkle Root Hash、区块生成时间、难度值、随机数组成，区块包含的交易列表则附加在区块头后面。

区块头就是用于比特币工作量证明的输入字符串。为了使区块头能体现区块所包含的所有交易，在区块的构造过程中，需要将该区块要包含的交易列表，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，并以此作为交易列表的摘要存到区块头中。见下图：

3.难度值

难度值（difficulty）是矿工们在挖矿时候的重要参考指标，它决定了矿工大约需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币的区块大约每10分钟生成一个，如果要在不同的全网算力条件下，新区块的产生保持都基本这个速率，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。

比特币工作量证明的达成就是矿工计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以简单理解成，比特币工作量证明的过程，就是通过不停的变换区块头（即尝试不同的nouce值）作为输入进行SHA256哈希运算，找出一个特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0）。而要求的前导0的个数越多，代表难度越大。

工作量证明的过程

我们可以把比特币矿工解这道工作量证明迷题的步骤大致归纳如下：

1.生成Coinbase交易（这是一笔为了让矿工获得奖励及手续费的特殊交易），并与其他所有准备打包进区块的交易组成交易列表，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash。

2.把Merkle Root Hash及其他相关字段组装成区块头，将区块头的80字节数据（Block Header）作为工作量证明的输入。

3.不停的变更区块头中的随机数即nonce的数值，并对每次变更后的的区块头做双重SHA256运算（即SHA256(SHA256(Block_Header))），将结果值与当前网络的目标值做对比，如果小于目标值，则解题成功，工作量证明完成。

了解了工作量证明过程后，我们可以发现尽管挖矿设备是用来帮区块链记账的，但是它们实际所做的大部分工作是寻找正确的随机数，而与记账无关。

到现在，大家可能理解了区块链是如何做到去中心化的。没有中心机构的权威背书，区块链系统一方面提供报酬鼓励记账人参与记账，另一方面通过记账人之间的资源消耗竞赛来提高作假成本、确保账本真实性。记账人之间为获得比特币报酬而争夺“记账权”。

因而区块链网络里记账所消耗的电量与比特币价格成正比。这就是为什么在当前的比特币高价之下，确认一笔交易需要耗电至少五百度以上（全球的记账人为竞争这笔交易记账权所消耗的总电量，而且是保守估计），耗时也至少几十分钟（因为每十分钟最多确认两千条交易）。这远远超过了在支付宝或微信上做一笔支付所需要的边际电量与时间。天下没有免费的午餐，这就是区块链为了去中心化、为了信息可追溯所付出的最起码的“代价”！