什么是区块链?
区块链有两个含义：
1、区块链(blockquanchain)是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。
2、区块链是比特币的底层技术，像一个数据库账本，记载所有的交易记录。这项技术也因其安全、便捷的特性逐渐得到了银行与金融业的关注。
狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。
广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。
区块链共识机制之一:POW工作量证明机制
区块链可以理解为一个不可篡改的公共账本，所有参与者都能验证交易并进行记账，即为分布式账本。那到底由谁来记账？又如何保证账本的一致性、准确性呢？也就是区块链的共识机制是如何的？
区块链的共识机制就是解决由谁来记账（构造区块），以及如何维护区块链的一致性问题。目前区块链项目采用的共识机制有多种，如：POW工作量证明机制，POS权益证明机制，DPOS股份授权证明机制等等。本文说明POW工作量证明机制。
区块链的第一个成功应用比特币系统采用的POW工作量证明机制。即以比特币系统为例说明POW机制，首先比特币系统有一套激励机制让所有参与者竞争记账的权利，即谁拥有记账权谁将获取构造新区块的比特币奖励（目前奖励为12.5比特币），同时获取新区块内所有交易的手续费作为奖励。
参与者如何竞争记账权利呢？参与者通过自己的算力计算一道数学难题，谁先计算的结果，谁就拥有了记账的权利，也就可获得构造新区块的奖励。这道数学难题就是寻找一个随机数Nonce，使得对区块头的哈希计算的结果小于目标值，Nonce本身是区块头中的一个字段，所以通过不断的尝试Nonce的值，以满足区块头的哈希计算结果小于目标值。通过动态调整目标值，即可调整计算的Nonce值的难度。
关于哈希计算Nonce的过程通常类比为掷筛子游戏，基于参与游戏的筛子的个数通过调整掷得筛子的点数可调整游戏的难度。例如：100个人参与掷筛子，总共有100个筛子，要求掷得点数为100为赢，则100个人谁先掷得点数100即为胜利者，即拥有了记账权。如果发现大家掷出100点的时间太快，则可增加难度，要求掷得点数为80为赢。如果又有100个人参与游戏，则游戏中增加了筛子数，如：筛子数增加为200个，同样通过设置掷得点数来调整游戏的难度。
筛子类似于比特币网络的算力，掷得点数类似于比特币网络可动态调整的目标值。
区块链以最长的链条视为正确的链条，如果存在同时出现两个区块，会暂时并行记录两个区块，后续再生成的区块基于其中的某一个区块，将会形成的最长的链条作为一致性的链条，另外一个区块将会被丢弃，比特币是基于6个区块的确认，所以被丢弃的区块将不会获得比特币系统的奖励，也就是白白将竞争记账权的算力（电费）浪费了。基于工作量的激励，参与者必然尽最大能力构造正确的区块，也就是满足区块链的一致性。即全网的所有用户可以达成唯一的一致性的公共账本。
目前比特币系统全网算力已达到惊人的24.75EH/s，其中1E=1000P，1P=1000T，1T=1000G，1G=1000M，1M=1000K，1K=1000，H/s为每秒一次哈希计算（哈希碰撞），也就是每秒进行24.75E次哈希计算，且仍有持续的算力加入比特币系统。比特币记账权的竞争，提供算力的硬件从CPU，GPU，专业矿机，矿池。目前单机版的专业矿机已无法竞争到记账权，必须由多台矿机组合为矿池才能竞争到记账权。
pos机制解决了pow的问题
pos机制解决了pow的问题：
基于权益证明（PoS），通常将金钱作为股权使用。
POA指的是身份的使用。这背后的想法是，人们会注意自己的名声，因此会被劝阻不要恶意行事。
POW 工作量证明支持不可信的分布式共识，这对于加密货币等行业非常重要。它涉及挖掘过程，最好描述为执行计算以验证交易的合法性和创建新货币。
第一个完成计算的矿工将获得一枚新代币，并将区块添加到链中。POS 权益证明的定义是在决定谁将创建新块时使用权益关系。这个权益的取决于每个人持有的代币数量。
持有更多代币的人更有可能被选为下一个块的验证器。奖励来自交易费用，因为在这个过程中不会产生新的代币。
pos是公链中的共识算法，作为pow的一种替换。pow是保证比特币，当前以太坊和许多区块链安全的一种机制，但是pow算法在挖矿过程中，因为破坏环境和浪费电而受到指责，pos试图通过一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。
ps机制可以被描述成一种虚拟挖矿，鉴于pow主要依赖于计算硬件的稀缺性，来防止女巫攻击。在pow中，一个用户有可能用一千美元来买计算机，加入网络来挖矿，产生新区块，从而得到奖励。在pos中，用户可以拿到一千美元，买到等值的代币，把这些代币当做押金放在pos机制之中，只要用户就有机会产生，这样用户可以得到奖励。
pos算法如下，存在一个持币人的集合，他们把手中的代币放入pos机制中，这样他们就变成验证者。
区块链中PoW是指什么?
区块链PoW就是区块链上的一种共识机制，目前区块链上的共识机制的种类是有很多的，PoW只是其中的一种，它的意思是工作量证明机制，其它的共识机制还有POS(权益证明机制)、DPOS(股份授权证明机制)、DAG(有向无环图)、PBFT(实用拜占庭容错)等很多种。
POW的全称为ProofofWork，翻译过来就是“工作证明”或者“工作量证明”。
比特币、狗狗币和莱特币等都是基于POW模式的数字货币。就是说挖矿获得多少货币奖励，取决于挖矿贡献的有效工作，也就是说，矿机的性能越好、挖矿时间越长，所获得的货币奖励就越多。
工作量证明的重要意义在于：它迫使货币的产生，需要付出一定的工作量和成本，这就赋予了货币一定的商品属性，使得自由市场这只无形的手能够通过“价格机制”自发地调节货币供应，保证了货币具有稳定的价值，从而使得货币能够获得人们的信任。
在公链项目早期,为什么PoW是一个更好选择?
在传统的互联网公司或金融机构中，如果一家公司，在一年之内，被委托的交易结算的总量为万亿美元的话，这家公司要么拥有可靠的技术和雄厚的资本，要么就是其它大公司及政府为其信用来做背书。而比特币却在没有政府或公司背书的情况下，在过去一年内支持了相当于一万亿美元的交易。这是因为比特币的工作量证明（PoW）机制确保了全世界的比特币矿工以点对点的方式去分布式地维护账本，且保证了其正确性和不可篡改性。
实际上，PoW?协议并不完美，它在运行过程中需要消耗大量的能量来计算哈希函数的结果，以保护区块链系统不被攻击。很多人认为这是一种“无用的能源消耗”。为了避免这种消耗，股权证明协议(PoS)便作为替代方案被提出。包括以太坊在内的几个著名的项目也开始探索股权证明协议(PoS)，?甚至有人认为，PoS协议在未来将完全取代PoW协议。
但是，在对PoS?协议进行了深入的技术剖析之后，我们会发现：在一个公链项目的早期阶段，PoS?协议会带来很多问题，而这些问题在PoW协议下是可以避免。首先，使用PoS协议启动主网的公链项目，会不可避免地存在共识中心化的问题，因为主网上线的时候股权分布往往是相对集中的。此外，纯?PoS?协议还面临着远程攻击(Long Range attack)的威胁。最严重的远程攻击会导致新加入的节点必须信任一些中心化的网站给出的信息，而这会导致?PoS?公链成为一个本质上中心化的网络。去使用PoW协议启动主网的区块链则可以实现分散的共识，从而避免这些问题。当PoW公链经过一段时间的发展，股权分布相对分散以后，还可以选择PoW/PoS复合机制。
除此之外，还有一点值得注意的是，很多人误以为比特币的扩容问题是PoW机制的局限性造成的。我们经常在媒体网站或白皮书中看到这样的句子，“比特币因为使用了PoW机制，所以只能处理每秒3-7笔交易”。而事实上，经过适当的设计，例如，GHOST, Conflux?这样的PoW算法可以显著提高出块效率，达到每秒处理数千笔交易，且每笔交易都能得到全网节点的验证。
PoW v.s. PoS：如何确定投票权
关于PoW和PoS之间的主要区别，就是在于如何确定区块链共识中的投票权。?在PoW中，系统中的投票权与节点的计算能力成正比。每秒可以计算哈希函数次数越多，节点就越有可能赢得区块链中下一个区块的出块权。而在PoS中，系统的投票权与持有的股权比例成正比。节点拥有资金越多，能为确定的下一个区块投的票数就越多。
在公链早期阶段，股权中心化将导致共识中心化
对于一个公有链来说，其上线初期往往是股权最集中的时候。在主网上线伊始，创始块中分配的币绝大多数属于项目方和私募投资人，而这些人的数量往往非常有限。对于PoW共识机制，初始股权的集中不会带来安全性问题，因为它的出块和安全性不依赖于股权持有的分散，而是依赖于算力的分散。对于使用反?ASIC?矿机的挖矿算法的公有链来说，任何人只要拥有显卡和网络就可以成为矿工，这有助于促进更多人参与挖矿，实现早期算力的分散。只要超过50%的算力来自于诚实的矿工，区块链中的交易就是安全不可逆转的。
然而，在PoS共识机制下，股权集中会导致共识协议的参与者集中。区块链的出块权只能由少数在创世块中拥有股权的玩家决定。如果这些人合谋对区块链进行攻击，则完全可以成功的实现双花攻击(Double spending attack).?尽管开发者和投资人出于利益考虑不会进行这样的攻击来摧毁他们自己的公链，但PoS公链也无可避免的在主网上线后就被这些人垄断和支配。更糟的是，如果出块可以获得大量奖励和交易费用，这些垄断者就会将大量股权牢牢控制在自己的手里，使得PoS公链成为一个本质上由巨头控制的网络。
我们不要忘了，区块链的核心价值是什么？是去中心化的共识协议，保证了区块链系统中每笔交易的正确性、不可篡改性。如果共识协议无法保证参与者的分散，区块链就无法做到无需信任的安全性，那么区块链和传统的分布式系统相比就没有任何优势了，甚至传统的分布式系统能做得更经济更高效。因此，公链项目在早期使用PoW,?是避免共识中心化，保护区块链核心价值的明智选择。
“长程攻击”与“主观依赖”问题
在一个公有链中，一个攻击者如果拥有当下足够多的算力或股权，无疑是可以打破公有链安全性完成攻击的。但是在PoS?公链中，如果攻击者获得了一些账户的私钥，这些私钥在历史上某一时刻控制了超过51%的股权，也可以完成攻击，这种攻击的方式被称为长程攻击（Long Range Attack）。
在长程攻击中，攻击者首先获得一些私钥，只要这些私钥在历史上曾经获得了足够多的股权，便可以从这一时刻开始分叉进行51%?攻击，制造一条分叉链出来。而?PoS?的出块不需要进行工作量证明，攻击者可以短时间内让重写历史的分叉链追赶上原本的主链，从而造成PoS链的分叉和防篡改性被打破。
攻击者能够取得这些私钥不是天方夜谭。如果PoS公链的早期投资人在二级市场将持有的代币卖掉后，将账户私钥卖给攻击者，攻击者就可以从创世块进行长链攻击，从而可以打破一个链的安全性。如果一些投资者追求短期收益而非价值投资，攻击者从他们手里获得私钥就成为了一个可能的事情。
而为了应对长程攻击，则有各种各样的解决方案被提出：例如使用密钥演化算法更新密钥，以避免密钥被盗。但是如果早期投资者一开始就决定通过出售私钥获利，那么他完全可以保留密钥种子以绕开这一限制。还有一些解决方案基于这样一个事实：如果攻击者挖了一条完全不同的链，长期在系统中运行的节点或许有能力探测出这种异常。但是，这些方案依然存在如下问题：
PoS?长程攻击造成的分叉与?PoW?的分叉有所不同。PoW?的分叉链难以获得比特币全网算力，比特币矿工很容易从总算力中辨别谁是真正的比特币。鉴于PoS共识协议在实际运行时，绝大多数股权持有者只是区块链的使用者，并不会一直运行一台服务器。攻击者只要在一个历史节点拥有了相当与PoS实际参与者的股权比例，就可以制造出一条难以辨别的分叉链出来。配合女巫攻击（Sybil Attack），攻击者可以从区块历史和节点数量上都获得和被攻击主链接近的水平，令新加入的节点无法区分，只能通过人工指定的方式选择。这样新参与者必须咨询受信任节点来安全地加入系统，这一问题被称为“主观依赖”（Weak Subjectivity）
无利害攻击
无利害攻击（Nothing at Stake）是另一种PoS攻击方式。当一个?PoS?链因为网络延迟、长程攻击或其他原因出现分叉时，PoS?矿工可以选择在两个分叉的链上同时出块，以获取最大收益。而这违反了共识协议。
在PoW?链中，如果一个矿工想同时在多个分叉上挖矿，就必须将自己的算力分散在多个分叉上，所有分叉上分配的算力总和不会超过矿工拥有的总算力。对于多数矿工而言，将自己的全部算力投入到协议指定的链上是最优的选择。
然而，在PoS?多个分叉上同时出块所带来的额外成本可以忽略不计，而选择同时出块可以保证无论哪一条分叉链最终胜出都可获得收益。如果矿工遵守共识协议，只在协议指定的链上挖矿。一旦这个链被丢弃，矿工将会失去挖矿奖励。只追求挖矿收益最大化的矿工会在两边同时参与，不惜因此打破协议——这会导致链长时间维持分叉的状态。
与长程攻击不同，精巧的激励机制设计可以避免这一攻击。但无利害攻击依然表明让PoS链正确地运行是一件很困难的事情。
总结
虽然PoS?具有节省能源等优势，从而很多项目表示将采用PoS。但我们在分析区块链安全性假设后发现，避免了计算“无用的哈希”之后会引入很多攻击情形，而且目前没有很完美的解决方案。诚然PoS有能源效率的优势，但也带来了很多安全性威胁。在PoS很好地解决这些威胁之前，PoW消耗的能源，就像和平时期国家军队用掉的军费一样，阻挡了很多潜在的威胁。最重要的是，其中许多威胁在区块链项目早期显得尤其致命。这也是我们为什么相信新的公链项目应该从PoW开始。