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POS 权益证明究竟是什么

2018-04-16

POS 权益证明究竟是什么

大家好,你们可能在网上看过一些文章,当中表示,像比特币这样的加密货币使用大量的电力来维护网络安全性。

但是为什么会这样呢? 更重要的是,还有什么其他选择吗?

工作量证明(POW)

由于工作量证明的算法,挖新的货币需要大量的计算能力。这个概念最早出现在1993年,旨在打击滥发电子邮件,并于1997年正式被称为"工作量证明(Proof of Work)"。

然而这项技术并没有被大规模使用,直到中本聪在2009年创建了比特币。他意识到这种机制可以在网络中,让众多节点达成共识,而且他用此来保护比特币区块链的安全。

然而,工作量证明算法需要让所有节点解决密码难题。这个难题被矿工所解决,率先完成的能够获得奖励。

这导致人们构建越来越大型的挖矿设备,比如这样。

根据Digiconomist,仅仅比特币矿工就要使用54太千瓦时的电力。这些电量足够支持美国5百万个家庭用电,甚至整个新西兰或匈牙利,但是这不仅止于此。

对于有更好更多设备的人群,工作量证明将给予更多的奖励。你的计算能力越高,就越有可能去创建下一个区块,从而获得矿工奖励。

为了进一步提高机会,矿工们一起组成了矿池(mining pools),他们结合各自的算力,把奖励平均分配给矿池中的每个人。

总而言之 工作量证明让矿工们需使用大量的能量,从而促进了矿池的产生。这让区块链变得更加中心化,而不是去中心化。

为了解决这些问题,我们必须找到新的算法,比工作量证明一样高效甚至更好。

权益证明(POS)

在2011年,在一个比特币论坛中一位名为QuantumMechanic的用户提出一项技术,他称之为"权益证明(proof-of-stake)"。

基础概念是,让每个人互相竞争挖矿是很浪费的。因此相反的是,权益证明通过选举的形式,其中任意节点被随机选择来验证下一个区块。

在这里有一些小的术语区别,权益证明中没有矿工,但是有验证者(validator)。并不让人们”挖(mine)”新区块 而是"铸造(mint)”  或"制造(forge)”新区块。

验证者并不是被完全随机选择的,要成为验证者,节点需要在网络中存入一定数量的货币作为权益,可以将这理解为保证金。

权益的份额大小决定了被选为验证者的几率,从而得以创建下一个区块,这是线性相关的。假设Bob在网络中存入100美元 Alice存入1000美元,那么Alice比Bob有高于10倍的几率选为验证者。

因为这偏袒有钱的一方,似乎不太公平,但事实上这比起工作量证明更公平。

对于工作量证明,富人可以很大程度上享受经济实力带来的成果。他们为挖矿设备和电力支付的成本并没有直线上升。相反他们购买的越多,获得的越多。

但是让我们回到权益证明,如果一个节点被选出来验证下一个区块,他将检查当中所有的交易是否有效。如果一切没问题,节点则通过该区块,区块将加到区块链中。作为奖励,该节点可获得当中每个交易费。

那么,我们该如何相信网络中的其他验证者?

这里需要用到权益了。

如果验证者通过了欺诈性交易,他们将失去一部分权益。只要权益高于验证者所获得的交易费,我们就可以信任他们能够很好的完成工作。否则,他们失去的钱比能获得的还多。

这是金钱方面的动力,只要权益比所有交易费要高,这就是可行的。

如果节点不再是验证者,他的权益以及获得的交易费将在一定时间后返还给他。不会马上返还,因为若发现你的区块存在欺诈时,网络会对你进行惩罚。

因此,工作量证明和权益证明的区别是很明显的。

权益证明的优点

权益证明不会让每个人都对新区块进行挖矿。因此消耗更少的能量,而且更去中心化。

为什么这么说呢?

在工作量证明中存在着矿池。这些人联合起来,提高他们挖到新区快的机会,从而获得奖励。

然而,如今比特币区块链的大部分都由这些矿池所控制,它们集中挖矿过程是很危险的。

如果三大矿池合并,它们将在网络中占据大多数,从而开始通过欺诈性交易。

另一个重要的优点是,构建基于权益证明的区块链节点,比起工作量证明节点成本更低。

你不需要昂贵的挖矿设备,因此权益证明激励更多的人构建节点,从而让网络更去中心化 也更安全。

权益证明的缺点

但即使是权益证明也不是完美的,还是存在漏洞。

你可以会想,如果我买了网络中的大部分权益,那么我就能有效地进行控制。从而通过虚假交易。

你说对了。

这被成为51%攻击。这是权益证明算法的缺点。

如果一名或一群矿工获得了51%的哈希能力,他们将有效地控制区块链。

另一方面,考虑到加密货币的价值,权益证明让这种攻击非常不切实际。

如果比特币变为权益证明的机制,那么要获得全部货币的51%,你需要花费790亿美元。因此在权益证明中 51%攻击更不可能发生。

但这并不是唯一的风险。

权益证明算法也需要谨慎选择下一个验证者。这不能完全是随机的,因为必须考虑到权益的大小。

但同时光看权益还不够,因为这将偏袒有钱人,他们将更被频繁地选择,从而获得更多的交易费。然后变得更富有,再次提高在将来被选为验证者的几率。

有很多种方式来修复这个问题,例如基于币龄的选择。

另一个潜在的问题是,当选出了下一个验证者后,他并不出来完成他的任务。

这很容易解决,可以选择大量的候选验证者。

总之,在与工作量证明相比时,权益证明带来了新的风险。为了认识和减少当中的风险还需要大量的研究。

用例

现在我们知道了权益证明是什么,它的优点和风险,现在让我们看到现实中的用例。

现在用到该技术的有Peercoin Lisk和Nxt。在未来会有更多的加密货币使用。

例如,以太坊正在开发权益证明系统称为Casper,目前这被部署在以太坊测试网上,并且正在积极开发。Cardano项目已经在开发一种安全的权益证明算法,称为Ouroboros。

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