做pos機(jī)出路,也許是公鏈后期發(fā)展的出路

新聞資訊 | 2023-04-23 11:23 | 投稿人：pos機(jī)之家

網(wǎng)上有很多關(guān)于做pos機(jī)出路,也許是公鏈后期發(fā)展的出路的知識，也有很多人為大家解答關(guān)于做pos機(jī)出路的問題，今天pos機(jī)之家(m.afbey.com)為大家整理了關(guān)于這方面的知識，讓我們一起來看下吧!

本文目錄一覽：

1、做pos機(jī)出路

做pos機(jī)出路

分析師 | 李雪婷

編輯 | 郝方舟

編者按：再過不到 10 小時（倒計時在此），以太坊將于 7080000 區(qū)塊高度上激活君士坦丁堡/圣彼得堡網(wǎng)絡(luò)升級。這次升級無疑是區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缃谧顬殛P(guān)注的事件，它不僅牽動著數(shù)字貨幣市場背后的巨額利益，也是公鏈技術(shù)探索的又一個里程碑。帶領(lǐng)區(qū)塊鏈進(jìn)入“2.0 時代”、并已“走過長路”的以太坊經(jīng)由本次分叉，將進(jìn)一步從 PoW 共識機(jī)制過渡向 PoS 共識機(jī)制。Odaily星球日報研究院希望從共識機(jī)制的角度，帶大家稍微回首下歷史，總結(jié)共識層的進(jìn)化規(guī)律，著重比較主流的 PoW 和 POS 的變種（或稱其為 PoS+），并闡述為什么我們認(rèn)為 “ POS+ ”混合共識機(jī)制會是公鏈后期發(fā)展的一個出路。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式賬本系統(tǒng)，由于點對點網(wǎng)絡(luò)下存在較高的網(wǎng)絡(luò)延遲，各個節(jié)點所觀察到的交易事務(wù)先后順序不可能完全一致。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要設(shè)計一種機(jī)制對在一定的時間內(nèi)發(fā)生的事務(wù)的先后順序進(jìn)行共識。這種對一個時間窗口內(nèi)的事務(wù)的先后順序達(dá)成共識的算法被稱為“共識機(jī)制”。共識機(jī)制在去中心化的思想上解決了節(jié)點間互相信任的難題，使得區(qū)塊鏈在信息傳輸?shù)倪^程同時可以完成價值轉(zhuǎn)移。

但是，在一個去中心化的系統(tǒng)里，要達(dá)成一致性算法并非易事。中本聰提出了基于 PoW( Proof of Work，工作量證明)的共識機(jī)制，可以說是迄今為止最安全可靠的公有鏈共識算法。后來，又陸續(xù)出現(xiàn)了 PoS（Proof of Stake，權(quán)益證明）機(jī)制，以及 PoS 機(jī)制的一些變種，如 DPoS（Delegated Proof of Stake，委托權(quán)益證明）機(jī)制等。這些共識機(jī)制各有優(yōu)勢，但也都被證實有其不足之處。

也因如此，在區(qū)塊鏈領(lǐng)域，人們從未停止過對更優(yōu)共識機(jī)制的探索和創(chuàng)新，如下圖所示。

PoW問題凸顯

PoW（工作量證明），是一種按勞分配模式，即礦工憑借工作量的大小，來爭取記賬的權(quán)利，工作量越大對應(yīng)礦工的算力越大，礦工獲得記賬權(quán)的概率越大。

PoW 共識在比特幣中的應(yīng)用具有重要意義，也是最早和迄今為止最安全可靠的公有鏈共識算法。然而，PoW 共識存在明顯缺陷：

1. 資源浪費

PoW 共識過程高度依賴區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點貢獻(xiàn)的算力，這些算力主要用于解決 SHA256 哈希和隨機(jī)數(shù)搜索，實際上并不產(chǎn)生任何有效際的社會價值。隨著加密數(shù)字貨幣的日益普及和專業(yè)挖礦設(shè)備的出現(xiàn)，加密數(shù)字貨幣生態(tài)圈已經(jīng)在資本和設(shè)備方面呈現(xiàn)出明顯的“軍備競賽”態(tài)勢，逐漸成為高能耗的資本密集型行業(yè)，進(jìn)一步凸顯了資源消耗問題。根據(jù) Digiconomist的數(shù)據(jù)顯示，如果把比特幣加以太坊看做一個國家，其挖礦消耗的總電量已經(jīng)超過阿爾及利亞、以色列和希臘等國家，在全球排名第 45 位。

單看以太坊，其挖礦消耗的總電量超過馬其頓、洪都拉斯和安哥拉等國家，每年耗電約 8.63 萬億瓦時，占全世界用電量的 0.04% 。

2. 算力集中

中本聰設(shè)計 PoW 共識機(jī)制的前提是算力和計算節(jié)點的均勻分布。但隨著比特幣數(shù)量減少，對算力的要求則越高，人們開始通過聯(lián)合挖礦加速比特幣的獲取，從而催生了礦池挖抗的新玩法。礦池的出現(xiàn)，一定程度上破壞了比特幣等加密數(shù)字貨幣體系的平衡，馬太效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。

根據(jù) btc.com數(shù)據(jù)顯示（統(tǒng)計時間：2019.2.19），過去一年礦池算力份額排名前五位的 BTC.com、AntPool、SlushPool、ViaBTC 和 BTC.TOP，占據(jù)比特幣總算力份額的數(shù)據(jù)是 64.6% 。理論上來看，這五大礦池聯(lián)手，確實具備了發(fā)起 51% 算力攻擊的能力。雖然實際上，這些礦池為掌握全網(wǎng)51%算力所需的成本投入遠(yuǎn)超成功實施攻擊后的收益，但 51% 攻擊的安全性威脅始終存在，引發(fā)人們對算力集中的擔(dān)憂（后文詳述）。

3. 缺少“最終一致性”

PoW 支持分區(qū)容忍性(可以分叉)，即放寬對最終一致性確認(rèn)的需求(可以回滾)，約定好大家都選擇已知最長的鏈進(jìn)行確認(rèn)。在這種情況下，系統(tǒng)的最終確認(rèn)只是概率意義上的存在。

4. 業(yè)務(wù)處理性能低下

PoW共識算法雖然投入了大量的能源支持系統(tǒng)的運(yùn)行，但這些能源消耗絕大部份是用于工作量證明中的哈希運(yùn)算，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)處理交易業(yè)務(wù)的性能則非常低，比如比特幣每秒只能進(jìn)行大約 1 * 1024 * 1024 / 250 / (10 * 60 ) = 6.99 筆交易。

PoS的提出和點點幣的實踐

PoW 問題的逐漸凸顯，引發(fā)人們對這種機(jī)制的質(zhì)疑和思考。PoS 開始登場。

PoS 共識機(jī)制的提出最早源于人們對挖礦中“公地悲劇”問題的辯論?！肮乇瘎　庇?1968 年英國加勒特·哈丁教授 ( Garrett Hardin ) 在《The tragedy of the commons》一文中提出。他指出公地作為一項資源，有很多使用者，每個使用者都知道資源將過度使用而枯竭，但并沒有權(quán)利阻止其他人使用，結(jié)果是每個人都傾向于過度使用從而加劇事態(tài)的惡化。

2010 年 11 月，挖礦公地悲劇 ( Disturbingly low future difficulty equilibrium) 由 Vandroiy 指出并引發(fā)廣泛討論。討論的重點是比特幣系統(tǒng)需要消耗大量算力來維持系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，但隨著比特幣不斷被挖出，區(qū)塊獲得的獎勵減少，越來越多的節(jié)點會退出系統(tǒng)，攻擊成本隨之降低，比特幣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則會出現(xiàn)“公地悲劇”。

2011 年 7 月，數(shù)字貨幣愛好者 Quantum Mechanic 在比特幣論壇首次提出PoS權(quán)益證明共識機(jī)制的概念(Proof of stake instead of proof of work) 。權(quán)益證明共識機(jī)制概念一經(jīng)出現(xiàn)便得到很多人的青睞。人們意識到權(quán)益證明可能就是挖礦“公地悲劇”的解決方案。

與 PoW 物理挖礦不同，PoS共識是將讓整個挖礦過程虛擬化，并以驗證者取代礦工。

其運(yùn)行過程如下：

驗證者必須鎖定一些他們擁有的token作為保證金。

在此之后，他們將開始驗證區(qū)塊。同時，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個他們認(rèn)為可以被加到鏈上的區(qū)塊時，他們會通過下賭注來驗證它。

如果該區(qū)塊成功上鏈，驗證者就將得到一個與他們的賭注成比例的獎勵。

2012 年 8 月，Sunny King 發(fā)布點點幣（Peercoin，PPC）， PoS 首次得到實踐。PoS 由系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點獲得記賬權(quán)，其中權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點對特定數(shù)量貨幣的所有權(quán)，稱為幣齡或幣天數(shù) （Coin days）。點點幣將 PoW 和 PoS 兩種共識算法結(jié)合起來，初期采用 PoW 挖礦方式將 Token 分配給礦工，后期隨著挖礦難度增加，系統(tǒng)主要由PoS共識算法維護(hù)。不過，在 PoS 的后期階段，投資者能夠通過手中的資本囤積并壟斷點點幣，使得點點幣的流通性降低。

舉例說明：每個幣每天產(chǎn)生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。當(dāng)一個新的區(qū)塊產(chǎn)生時，其他想獲得記賬權(quán)的節(jié)點也需要計算哈希值，得出滿足條件哈希值的難易與難度值有關(guān)，這個難度值這里與幣齡成反比，即你的幣齡越大，得出符合條件的哈希值的概率就越大，同時你的幣齡被清空，記賬后系統(tǒng)會給予你相應(yīng)“利息”，你每被清空365幣齡，獲得利息為：3000 * 利率 / 365，點點幣的利率為1%，即0.08個幣。

再之后，PoS 衍生出更多變種，每個變種往往會涉及區(qū)塊鏈代幣經(jīng)濟(jì)模型的改動。比如，ReddCoin、Slimcoin 等都推動了 PoS 的發(fā)展，處于 PoS 研究前沿的還有以太坊（Casper）、Cardano（Ouroboros）、Fractal 等，下文將會具體闡述。

PoS并非完美的替代方案

客觀來講，PoS 機(jī)制的誕生確實解決了 PoW 的部分弊端：

1. 以 PoS 機(jī)制開發(fā)新區(qū)塊在一定程度上避免了資源浪費，同時系統(tǒng)區(qū)塊的自動產(chǎn)出緩解了由于數(shù)字資源有限性而產(chǎn)生的通貨緊縮。

2. PoW 機(jī)制下，礦池通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)來提高產(chǎn)量，降低長期平均成本。而PoS共識機(jī)制弱化了中心礦池規(guī)模經(jīng)濟(jì)的需求，算力集中壟斷的情形也得到了緩解，個體競爭力差別相對減小。

3. 就 51% 攻擊而言，PoS 共識機(jī)制發(fā)起一小時攻擊的成本遠(yuǎn)大于比 PoW 共識機(jī)制。

以比特幣為例，目前比特幣的流通供給量是 17,551,500 BTC，若該共識算法是 PoS，那對其進(jìn)行 51% 攻擊需要持有 8,775,750 BTC，折合市值 34,906,510,958 美元，而在 PoW 情況下通過租用算力僅需 242,051 美元左右。其他數(shù)字貨幣針對 PoS 51% 攻擊所需成本與針對PoW 進(jìn)行 1 小時的 51% 攻擊花費的對比如上表 1 所示。

那么 PoS 共識機(jī)制是完美的嗎？答案是 No。

第一，PoS 本身實現(xiàn)起來比較困難。

1）Token 發(fā)行的問題。一開始的時候，只有創(chuàng)始區(qū)塊上有 Token，只有將 Token 開采權(quán)分散才能讓網(wǎng)絡(luò)壯大。但在目前多國禁止 ICO 的環(huán)境下，合規(guī)又均衡地分散 Token 成為了一個難題。

2）確定記賬節(jié)點數(shù)量困難。大部分 PoS 依賴于 PBFT 算法，但是 PBFT 需要確定節(jié)點數(shù)量，才能選舉出區(qū)塊生產(chǎn)者。而在 PoS 機(jī)制下，節(jié)點可以隨時參與或者退出挖礦，這樣無需門檻的后果是選舉的總數(shù)目無法確定，1/2 或者 2/3 的通過率更是無法測算。不僅如此，記賬節(jié)點的不確定還會增大網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的概率，從而導(dǎo)致分叉。

此外，一個 PoS 系統(tǒng)需要一個高度安全的網(wǎng)絡(luò)來抵抗各種類型的黑客攻擊，目前并沒有一個公鏈被證明有這樣的實力，即使是以太坊也經(jīng)常發(fā)生黑客攻擊事件。

第二，被動演化為非預(yù)期的中心化的結(jié)果。對于一個采用 PoW 共識機(jī)制的公有鏈（反 ASIC 礦機(jī)的挖礦算法）來說，它的出塊和安全性主要依賴于算力的分散。任何人只要擁有顯卡和網(wǎng)絡(luò)就可以成為礦工，這樣降低了用戶使用門檻，促進(jìn)更多人參與挖礦，實現(xiàn)早期算力的分散。只要超過 51% 的算力來自于誠實的礦工，區(qū)塊鏈的交易就是相對安全不可逆的。

然而，對于一個采用 PoS 共識機(jī)制的公有鏈，主網(wǎng)上線伊始，創(chuàng)世塊中分配的 Token 絕大多數(shù)屬于數(shù)量有限的項目方和私募投資人。區(qū)塊鏈的出塊權(quán)只能由這些玩家決定。如果這些人合謀對區(qū)塊鏈進(jìn)行攻擊，則完全可以成功的實現(xiàn)雙花攻擊 ( Double spending attack )。盡管開發(fā)者和投資人的利益完全體現(xiàn)在 Token 的價值中，出于利益考慮不會參與惡意行動，但 PoS 公鏈也無可避免的在主網(wǎng)上線后就被這些人壟斷和支配。更糟的是，如果出塊可以獲得大量獎勵和交易費用，這些壟斷者就會將大量股權(quán)牢牢控制在自己的手里，使得 PoS公鏈成為一個本質(zhì)上由巨頭控制的網(wǎng)絡(luò)。

第三，Nothing at Stake 問題。在 PoW 機(jī)制中，當(dāng)區(qū)塊鏈出現(xiàn)分叉時，礦工必須選擇一個方向進(jìn)行挖礦。而在 PoS 機(jī)制下，PoS 礦工往往會兩個方向都挖，以爭取實現(xiàn)利益最大化。因為分叉并不會消耗任何資源。礦工可以在最長鏈上挖礦的同時，創(chuàng)造一個只在自己的區(qū)塊上挖礦的分支。除此之外，其他驗證者也樂于接受分叉，他可以同時在兩條鏈上“挖礦”，因為在上面“挖礦”沒有任何損失，反而如果不在上面“挖礦”，萬一這條鏈被接收了，就會遭受損失，于是，即便是誠實驗證者，他也會傾向于在所有鏈上同時“挖礦”。盡管他們知道這種嘗試會造成整個 Token 的價值降低，但是他們的錢很少，他們并不在乎，這就是所謂的平凡人悲?。═ragedy of the Commons）。

我們可以這樣理解這個名詞：主席臺上有十個候選人，下面很多人給這十個候選人投票。如果你投票的話，你可能會對這個主席臺上十個人都分別投一票，也就一個人投十票給每個人投上一票。這樣，無論臺上哪個候選人成為最終的獲勝者，你都會得到好處。

PoW+PoS 混合機(jī)制更接近理想

幾乎所有的共識機(jī)制都有其獨特的優(yōu)勢，但也有其弊端，沒有一種共識機(jī)制可以完美解決區(qū)塊鏈“不可能三角”問題。因此，人們開始思考是否可以將兩種共識混合，從而做到融合兩種共識的優(yōu)勢，又能規(guī)避某些弊端呢？于是就有了“混合共識”。在“混合共識”中，PoW+PoS 混合機(jī)制是其中最熱門也應(yīng)用得較為成功的一種共識算法。

2014 年 4 月，拉里·雷恩 ( Larry Ren ) 在《 Reddcoin 白皮書》中提出了權(quán)益 - 速度證明（Proof of Stake Velocity，PoSV）共識機(jī)制。PoSV 算法前期使用 PoW 實現(xiàn)代幣分配，后期使用 PoSV 維護(hù)網(wǎng)絡(luò)長期安全。PoSV 將 PoS 中幣齡和時間的線性函數(shù)修改為指數(shù)式衰減函數(shù)，即幣齡的增長率隨時間減少最后趨于零。因此新幣的幣齡比老幣增長地更快，直到達(dá)到上限閾值，這在一定程度上緩和了持幣者的屯幣現(xiàn)象。

2014 年 5 月發(fā)行的 Slimcoin 基于 PoW 和 PoS 提出了燃燒證明 ( Proof of Burn，PoB) 共識機(jī)制。其中，PoW 共識被用來產(chǎn)生初始的代幣供應(yīng)，隨著時間增長，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)累積了足夠的代幣時，系統(tǒng)將依賴 PoB 和 PoS 共識來共同維護(hù)。PoB 共識的特色是礦工通過將其持有的 Slimcoin 發(fā)送至特定的無法找回的地址 (燃燒) 來競爭新區(qū)塊的記賬權(quán)，燃燒的幣越多則挖到新區(qū)塊的概率越高。

2014 年 12 月提出的行動證明 ( Proof of Activity，PoA ) 共識也是基于 PoW + PoS，其中采用 PoW 挖出的部分代幣以抽獎的方式分發(fā)給所有活躍節(jié)點，而節(jié)點擁有的權(quán)益與抽獎券的數(shù)量即抽中概率成正比。

2015 年提出的 Casper 是以太坊計劃在其路線圖中稱為寧靜 ( Serenity ) 的第四階段采用的共識算法，尚在設(shè)計、討論和完善階段。目前 Casper 總共有兩個版本，即由 Vitalik Buterin 帶領(lǐng)實現(xiàn)的 Casper Friendly Finality Gadget ( CFFG )和 Vlad Zamjir 領(lǐng)導(dǎo)的 Casper the Friendly Ghost ( CBC )。

Casper FFG 是一個混合 PoW+PoS 共識機(jī)制。它是被設(shè)計來緩沖權(quán)益證明的轉(zhuǎn)變過程的。設(shè)計的方式是，一個權(quán)益證明協(xié)議被疊加在正常的以太坊版工作量證明協(xié)議上。雖然區(qū)塊仍將通過工作量證明來挖出，每 50 個區(qū)塊就將有一個權(quán)益證明檢查點（PoS塊），也就是網(wǎng)絡(luò)中驗證者評估確定性（Finality）的地方。Casper CBC協(xié)議中有一個預(yù)估安全預(yù)言機(jī)，在設(shè)定提出一個合理估計的錯誤的例外情況下，列出所有在未來可能發(fā)生的錯誤，在給定區(qū)間內(nèi)，其正確性是由其建構(gòu)過程來保證。

Casper FFG 是PoW +PoS 共識，而 Casper CBC 則是明確的 PoS 共識。同時，PoS 共識的兩個主要原理分別是基于鏈的 PoS 和基于拜占庭容錯的 PoS。CBC 是基于鏈的 PoS 設(shè)計，而 CFFG 則是兩者的結(jié)合。

Casper 與其他 PoS共識的不同之處在于： Casper 實施了一個進(jìn)程，使得它可以懲罰所有的惡意因素。

驗證者押下一定比例的他們擁有的以太幣作為保證金。

然后，他們將開始驗證區(qū)塊。也就是說，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個可以他們認(rèn)為可以被加到鏈上的區(qū)塊的時候，他們將以通過押下賭注來驗證它。

如果該區(qū)塊被加到鏈上，然后驗證者們將得到一個跟他們的賭注成比例的獎勵。

但是，如果一個驗證者采用一種惡意的方式行動、試圖做“無利害關(guān)系”的事，他們將立即遭到懲罰，他們所有的權(quán)益都會被砍掉。

事實上，以太坊之所以從 PoW 轉(zhuǎn)變?yōu)?PoS，是出于多方面的考慮。有迫于性能的壓力，有真實存在的算力威脅，也有其他公有鏈競爭的挑戰(zhàn)。但總而言之，目前以太坊提出“先過渡到 PoW+PoS，再徹底拋棄 PoW”的路徑也是一種共識機(jī)制的創(chuàng)新。

不過現(xiàn)實是，這個路徑實施相對緩慢。這是因為以太坊是一個龐大的社區(qū)，更改共識機(jī)制使得社區(qū)中充當(dāng)生產(chǎn)者的礦工部分利益并不一致，然而 PoW 機(jī)制的以太坊中，礦工才是區(qū)塊鏈的決策者，從 PoW 直接過渡到 PoS 必然艱難。

總之，以太坊的升級并不是技術(shù)問題，而是社區(qū)難以達(dá)成共識，如果直接升級做硬分叉，則可能造成社區(qū)的分裂，大部分以太坊上的生態(tài)也會分裂。

為什么不直接轉(zhuǎn)換成 PoS？ Vitalik Burterin 的回答簡明直接：

“從 PoW 機(jī)制轉(zhuǎn)變到 PoW+PoS 交易混合機(jī)制，這樣做的轉(zhuǎn)變很小，能夠更快捷，更安全，相比較而言對用戶更有利。因為我們要避免機(jī)制轉(zhuǎn)變帶來的危險性，等到整個系統(tǒng)更安全以后，才能進(jìn)行更大的投入?！?/p>

2017 年 8 月 Cardano 提出的 Ouroboros 共識是基于 PoS 且具有嚴(yán)格安全性保障的區(qū)塊鏈協(xié)議，其特點是運(yùn)用一種新的獎勵機(jī)制來驅(qū)動 PoS 共識過程，使誠實節(jié)點的行為構(gòu)成一個近似納什均衡，用來有效地抵御區(qū)塊截留和自私挖礦等由于礦工的策略性行為而導(dǎo)致的安全攻擊。

綜上所述，在一個公鏈項目的早期階段，如果使用PoS 協(xié)議會則會帶來很多問題，而這些問題在 PoW 協(xié)議下是可以避免。去使用 PoW協(xié)議啟動主網(wǎng)的區(qū)塊鏈則可以實現(xiàn)分散的共識，從而避免這些問題。當(dāng) PoW 公鏈經(jīng)過一段時間的發(fā)展，股權(quán)分布相對分散以后，可以選擇“ PoS+ ”共識機(jī)制。

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