工作量证明（Proof of Work，简称PoW）由比特币引入，可以保证恶意节点不超过51％即可达成共识，是目前区块链最经典、也是最久经考验的共识机制。其基本流程如下：

1）当节点进行数据传输时，传输的信息不会被各节点立即储存，而是被标记为“未确认的”存入内存池。

2）区块链系统中每隔一段时间产生一个新的区块，不同的区块链协议产生的时间不同（例如比特币区块链中是10分钟产生一个区块）。各节点在内存池将收集所有未确认的信息，打包在新的区块中，构造出候选区块。由于我们上述提到的问题，对于给定的信息集合，各节点区块中打包的信息可能不一致。

3）区块打包信息后会设置一个“密码谜题”，即在信息后添加一个随机数，然后对整个信息列表（包括随机数）使用哈希函数转换成一个哈希值。

4）各节点需要利用所得到的哈希值计算出该随机数。根据上文所提到的哈希函数的性质，逆向计算不可行，只能使用穷举法，因此，要计算出这个特殊数字需要进行海量的计算，这个过程就叫做工作量证明，可以简单理解为解“数学谜题”的过程。

5）当网络中某个节点率先找出随机数时，该节点会向全网广播，其他节点进行有效性进行验证，当51％的节点验证通过后，则区块会被自动链接到区块链的后面，无法通过验证的将重新进行计算。率先完成工作量证明的可以获得一定的奖励，既能激励全网各节点进行主动存储信息，又能避免节点存储错误信息——因为验证失败后的收益远远小于其成本。

例如在比特币区块链中，区块中包含一定量的币基，既率先找出随机数的节点通过验证后，即可获得区块中的新币奖励。由于这个过程与挖金矿有相似之处，因此使用PoW机制的数字货币的产生过程被称形象地称为“挖矿”。

PoW的意义在于增加了各节点广播信息的成本，且该成本远大于发布虚假信息的收益，各节点就不会有做“叛徒”的动机。因为如果节点对信息有任何的修改，就会完全改变哈希值，哈希函数虽不易逆解但容易验证，当无法通过51％节点的验证时，该节点必须重做工作量证明，既会花费大量成本，又会降低率先完成的概率从而降低获得奖励的概率。其次，由于率先算出谜题的节点是随机的，所以我们无法得知下一个争得记录权的节点，各节点也无法掌控自己将获得哪个区块的记录权。

以上过程通过PoW机制解决了单个区块内信息储存的共识问题，但不能保证系统（整个区块链）的最终一致性。因为两个不同节点同时挖出区块（解出谜底）的情况也可能出现（由于网络通信问题，每个节点的区块信息可能不一致），这时区块链会出现分叉，网络各节点需要对哪条区块链上的交易能够得到确认形成共识。

整条区块链的共识遵循最长链原则，只有最长链上的交易能够得到确认，也就是包含的工作量最大的那条区块链。“分叉链”不可持续，在下一次区块竞争时，每个节点会选择在某条分叉链上进行下一次记账权的竞争，由于存在巨大的工作量证明，同一时间内两个节点同时挖出区块的概率将呈指数级下降，因此，很快就会有“最长链”出现，最长链上的交易将获得确认，同时，较短链上的交易信息也会随之释放，重新标记为“未确认”，打包在下一个区块中。

但PoW机制并非完美，它有以下三个缺点：

1）51％攻击：当攻击者掌握了全网51％的算力时，其攻击总能成功，因为他总可以让自己的链成为最长的链。因此，全网节点越多，抗攻击能力越强，安全性越好。

2）高延迟：区块出现时间的间隔不能太短，出块时间过短意味着挖矿难度降低，会增加多个节点同时算出答案的概率，导致频繁分叉。但出块慢意味着确认时间长、高延迟。

3）资源浪费：计算机计算密码谜题需要大量的算力，需要高性能的计算机设备、消耗大量电力等资源。根据digiconomist的评估，比特币2018年度排放的二氧化碳达34.73百万吨，相当于丹麦的碳排放量；耗电量达73.12兆千瓦时，相当于奥地利的耗电量；产生电子废物9.8克拉，相当于卢森堡产生的电子废物。