POS 權益證明究竟是什么

大家好，你們可能在網上看過一些文章，當中表示，像比特幣這樣的加密貨幣使用大量的電力來維護網絡安全性。

但是為什么會這樣呢? 更重要的是，還有什么其他選擇嗎?

工作量證明(POW)

由于工作量證明的算法，挖新的貨幣需要大量的計算能力。這個概念最早出現在1993年，旨在打擊濫發電子郵件，并于1997年正式被稱為"工作量證明(Proof of Work)"。

然而這項技術并沒有被大規模使用，直到中本聰在2009年創建了比特幣。他意識到這種機制可以在網絡中，讓眾多節點達成共識，而且他用此來保護比特幣區塊鏈的安全。

然而，工作量證明算法需要讓所有節點解決密碼難題。這個難題被礦工所解決，率先完成的能夠獲得獎勵。

這導致人們構建越來越大型的挖礦設備，比如這樣。

根據Digiconomist，僅僅比特幣礦工就要使用54太千瓦時的電力。這些電量足夠支持美國5百萬個家庭用電，甚至整個新西蘭或匈牙利，但是這不僅止于此。

對于有更好更多設備的人群，工作量證明將給予更多的獎勵。你的計算能力越高，就越有可能去創建下一個區塊，從而獲得礦工獎勵。

為了進一步提高機會，礦工們一起組成了礦池(mining pools)，他們結合各自的算力，把獎勵平均分配給礦池中的每個人。

總而言之 工作量證明讓礦工們需使用大量的能量，從而促進了礦池的產生。這讓區塊鏈變得更加中心化，而不是去中心化。

為了解決這些問題，我們必須找到新的算法，比工作量證明一樣高效甚至更好。

權益證明(POS)

在2011年，在一個比特幣論壇中一位名為QuantumMechanic的用戶提出一項技術，他稱之為"權益證明(proof-of-stake)"。

基礎概念是，讓每個人互相競爭挖礦是很浪費的。因此相反的是，權益證明通過選舉的形式，其中任意節點被隨機選擇來驗證下一個區塊。

在這里有一些小的術語區別，權益證明中沒有礦工，但是有驗證者(validator)。并不讓人們”挖(mine)”新區塊 而是"鑄造(mint)”  或"制造(forge)”新區塊。

驗證者并不是被完全隨機選擇的，要成為驗證者，節點需要在網絡中存入一定數量的貨幣作為權益，可以將這理解為保證金。

權益的份額大小決定了被選為驗證者的幾率，從而得以創建下一個區塊，這是線性相關的。假設Bob在網絡中存入100美元 Alice存入1000美元，那么Alice比Bob有高于10倍的幾率選為驗證者。

因為這偏袒有錢的一方，似乎不太公平，但事實上這比起工作量證明更公平。

對于工作量證明，富人可以很大程度上享受經濟實力帶來的成果。他們為挖礦設備和電力支付的成本并沒有直線上升。相反他們購買的越多，獲得的越多。

但是讓我們回到權益證明，如果一個節點被選出來驗證下一個區塊，他將檢查當中所有的交易是否有效。如果一切沒問題，節點則通過該區塊，區塊將加到區塊鏈中。作為獎勵，該節點可獲得當中每個交易費。

那么，我們該如何相信網絡中的其他驗證者?

這里需要用到權益了。

如果驗證者通過了欺詐性交易，他們將失去一部分權益。只要權益高于驗證者所獲得的交易費，我們就可以信任他們能夠很好的完成工作。否則，他們失去的錢比能獲得的還多。

這是金錢方面的動力，只要權益比所有交易費要高，這就是可行的。

如果節點不再是驗證者，他的權益以及獲得的交易費將在一定時間后返還給他。不會馬上返還，因為若發現你的區塊存在欺詐時，網絡會對你進行懲罰。

因此，工作量證明和權益證明的區別是很明顯的。

權益證明的優點

權益證明不會讓每個人都對新區塊進行挖礦。因此消耗更少的能量，而且更去中心化。

為什么這么說呢?

在工作量證明中存在著礦池。這些人聯合起來，提高他們挖到新區快的機會，從而獲得獎勵。

然而，如今比特幣區塊鏈的大部分都由這些礦池所控制，它們集中挖礦過程是很危險的。

如果三大礦池合并，它們將在網絡中占據大多數，從而開始通過欺詐性交易。

另一個重要的優點是，構建基于權益證明的區塊鏈節點，比起工作量證明節點成本更低。

你不需要昂貴的挖礦設備，因此權益證明激勵更多的人構建節點，從而讓網絡更去中心化 也更安全。

權益證明的缺點

但即使是權益證明也不是完美的，還是存在漏洞。

你可以會想，如果我買了網絡中的大部分權益，那么我就能有效地進行控制。從而通過虛假交易。

你說對了。

這被成為51%攻擊。這是權益證明算法的缺點。

如果一名或一群礦工獲得了51%的哈希能力，他們將有效地控制區塊鏈。

另一方面，考慮到加密貨幣的價值，權益證明讓這種攻擊非常不切實際。

如果比特幣變為權益證明的機制，那么要獲得全部貨幣的51%，你需要花費790億美元。因此在權益證明中 51%攻擊更不可能發生。

但這并不是唯一的風險。

權益證明算法也需要謹慎選擇下一個驗證者。這不能完全是隨機的，因為必須考慮到權益的大小。

但同時光看權益還不夠，因為這將偏袒有錢人，他們將更被頻繁地選擇，從而獲得更多的交易費。然后變得更富有，再次提高在將來被選為驗證者的幾率。

有很多種方式來修復這個問題，例如基于幣齡的選擇。

另一個潛在的問題是，當選出了下一個驗證者后，他并不出來完成他的任務。

這很容易解決，可以選擇大量的候選驗證者。

總之，在與工作量證明相比時，權益證明帶來了新的風險。為了認識和減少當中的風險還需要大量的研究。

用例

現在我們知道了權益證明是什么，它的優點和風險，現在讓我們看到現實中的用例。

現在用到該技術的有Peercoin Lisk和Nxt。在未來會有更多的加密貨幣使用。

例如，以太坊正在開發權益證明系統稱為Casper，目前這被部署在以太坊測試網上，并且正在積極開發。Cardano項目已經在開發一種安全的權益證明算法，稱為Ouroboros。

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