权益证明
在2011年，在一個(gè)比特幣論壇中一位名為QuantumMechanic的用戶提出一項(xiàng)技術(shù)，他稱之為"權(quán)益證明(proof-of-stake)"。
基礎(chǔ)概念是，讓每個(gè)人互相競(jìng)爭(zhēng)挖礦是很浪費(fèi)的。因此相反的是，權(quán)益證明通過(guò)選舉的形式，其中任意節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)選擇來(lái)驗(yàn)證下一個(gè)區(qū)塊。
在這里有一些小的術(shù)語(yǔ)區(qū)別，權(quán)益證明中沒(méi)有礦工，但是有驗(yàn)證者(validator)。并不讓人們”挖(mine)”新區(qū)塊 而是"鑄造(mint)” 或"制造(forge)”新區(qū)塊。
驗(yàn)證者并不是被完全隨機(jī)選擇的，要成為驗(yàn)證者，節(jié)點(diǎn)需要在網(wǎng)絡(luò)中存入一定數(shù)量的貨幣作為權(quán)益，可以將這理解為保證金。
權(quán)益的份額大小決定了被選為驗(yàn)證者的幾率，從而得以創(chuàng)建下一個(gè)區(qū)塊，這是線性相關(guān)的。
假設(shè)Bob在網(wǎng)絡(luò)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(yàn)證者。
因?yàn)檫@偏袒有錢的一方，似乎不太公平，但事實(shí)上這比起工作量證明更公平。
對(duì)于工作量證明，富人可以很大程度上享受經(jīng)濟(jì)實(shí)力帶來(lái)的成果。他們?yōu)橥诘V設(shè)備和電力支付的成本并沒(méi)有直線上升。相反他們購(gòu)買的越多，獲得的越多。
但是讓我們回到權(quán)益證明，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被選出來(lái)驗(yàn)證下一個(gè)區(qū)塊，他將檢查當(dāng)中所有的交易是否有效。如果一切沒(méi)問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)則通過(guò)該區(qū)塊，區(qū)塊將加到區(qū)塊鏈中。作為獎(jiǎng)勵(lì)，該節(jié)點(diǎn)可獲得當(dāng)中每個(gè)交易費(fèi)。
那么，我們?cè)撊绾蜗嘈啪W(wǎng)絡(luò)中的其他驗(yàn)證者?
這里需要用到權(quán)益了。
如果驗(yàn)證者通過(guò)了欺詐性交易，他們將失去一部分權(quán)益。只要權(quán)益高于驗(yàn)證者所獲得的交易費(fèi)，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(dòng)力，只要權(quán)益比所有交易費(fèi)要高，這就是可行的。
如果節(jié)點(diǎn)不再是驗(yàn)證者，他的權(quán)益以及獲得的交易費(fèi)將在一定時(shí)間后返還給他。不會(huì)馬上返還，因?yàn)槿舭l(fā)現(xiàn)你的區(qū)塊存在欺詐時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)你進(jìn)行懲罰。
因此，工作量證明和權(quán)益證明的區(qū)別是很明顯的。
權(quán)益證明的優(yōu)點(diǎn)
權(quán)益證明不會(huì)讓每個(gè)人都對(duì)新區(qū)塊進(jìn)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(shuō)呢?
在工作量證明中存在著礦池。這些人聯(lián)合起來(lái)，提高他們挖到新區(qū)快的機(jī)會(huì)，從而獲得獎(jiǎng)勵(lì)。
?
然而，如今比特幣區(qū)塊鏈的大部分都由這些礦池所控制，它們集中挖礦過(guò)程是很危險(xiǎn)的。
如果三大礦池合并，它們將在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)大多數(shù)，從而開(kāi)始通過(guò)欺詐性交易。
另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是，構(gòu)建基于權(quán)益證明的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，比起工作量證明節(jié)點(diǎn)成本更低。
你不需要昂貴的挖礦設(shè)備，因此權(quán)益證明激勵(lì)更多的人構(gòu)建節(jié)點(diǎn)，從而讓網(wǎng)絡(luò)更去中心化 也更安全。
權(quán)益證明的缺點(diǎn)
但即使是權(quán)益證明也不是完美的，還是存在漏洞。
你可以會(huì)想，如果我買了網(wǎng)絡(luò)中的大部分權(quán)益，那么我就能有效地進(jìn)行控制。從而通過(guò)虛假交易。
你說(shuō)對(duì)了。
這被成為51%攻擊。這是權(quán)益證明算法的缺點(diǎn)。
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(qū)塊鏈。
另一方面，考慮到加密貨幣的價(jià)值，權(quán)益證明讓這種攻擊非常不切實(shí)際。
如果比特幣變?yōu)闄?quán)益證明的機(jī)制，那么要獲得全部貨幣的51%，你需要花費(fèi)790億美元。因此在權(quán)益證明中 51%攻擊更不可能發(fā)生。
但這并不是唯一的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)益證明算法也需要謹(jǐn)慎選擇下一個(gè)驗(yàn)證者。這不能完全是隨機(jī)的，因?yàn)楸仨毧紤]到權(quán)益的大小。
但同時(shí)光看權(quán)益還不夠，因?yàn)檫@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(fèi)。然后變得更富有，再次提高在將來(lái)被選為驗(yàn)證者的幾率。
有很多種方式來(lái)修復(fù)這個(gè)問(wèn)題，例如基于幣齡的選擇。
另一個(gè)潛在的問(wèn)題是，當(dāng)選出了下一個(gè)驗(yàn)證者后，他并不出來(lái)完成他的任務(wù)。
這很容易解決，可以選擇大量的候選驗(yàn)證者。
總之，在與工作量證明相比時(shí)，權(quán)益證明帶來(lái)了新的風(fēng)險(xiǎn)。為了認(rèn)識(shí)和減少當(dāng)中的風(fēng)險(xiǎn)還需要大量的研究。
用例
現(xiàn)在我們知道了權(quán)益證明是什么，它的優(yōu)點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在讓我們看到現(xiàn)實(shí)中的用例。
現(xiàn)在用到該技術(shù)的有Peercoin Lisk和Nxt。在未來(lái)會(huì)有更多的加密貨幣使用。
例如，以太坊正在開(kāi)發(fā)權(quán)益證明系統(tǒng)稱為Casper，目前這被部署在以太坊測(cè)試網(wǎng)上，并且正在積極開(kāi)發(fā)。
Cardano項(xiàng)目已經(jīng)在開(kāi)發(fā)一種安全的權(quán)益證明算法，稱為Ouroboros。
POS：
優(yōu)勢(shì)：不需要浪費(fèi)算力，同時(shí)，進(jìn)行51%攻擊的代價(jià)更高，因?yàn)橄胍M(jìn)行51%攻擊的話，你得擁有51%的貨幣。
劣勢(shì)：
1，權(quán)益粉碎攻擊（nothing-at-the-stake attack），你錢越多，你擁有的權(quán)力就越大。
當(dāng)然，這個(gè)也并不是沒(méi)有道理，因?yàn)樵谄渲欣嬖蕉嗟娜?#xff0c;就更愿意去維護(hù)這個(gè)幣的系統(tǒng)，于是他們手中的幣才能更有價(jià)值。
因此，他們并不愿意去進(jìn)行惡意攻擊，因?yàn)槟菢訉?shí)際上他們手中的幣也會(huì)受害，這就是POS能夠更有效地防御51%攻擊的原因。
但反過(guò)來(lái)講，錢越少責(zé)任越小。假設(shè)你只有1%的錢，你成功的概率只有1%，但是你盡可以去嘗試分叉，因?yàn)檫@并不消耗任何資源。也就是你在最長(zhǎng)鏈上挖礦的同時(shí)，也去創(chuàng)造一個(gè)只在自己的區(qū)塊上挖礦的分支。
放在POW里，創(chuàng)建這個(gè)分支完全得不償失因?yàn)槟憷速M(fèi)了大量的算力。然而在POS里，如果這個(gè)分支不被接收，實(shí)際上你什么都沒(méi)損失。
于是，即便是誠(chéng)實(shí)的礦工也可能回去偷偷地進(jìn)行這種分叉嘗試。盡管他們知道這種嘗試會(huì)造成整個(gè)幣的價(jià)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劇（tragedy of the commons）。
對(duì)于這種攻擊，基本上所有的新的POS算法都有應(yīng)對(duì)的機(jī)制，例如以太坊的casper里的slasher，基本概念就是如果有人嘗試了這種攻擊，其他人發(fā)現(xiàn)了可以公布證據(jù)然后對(duì)這個(gè)人進(jìn)行懲罰。
2，理性分叉。很多地方把這個(gè)合在權(quán)益粉碎攻擊里了，但我覺(jué)得必須要分出來(lái)說(shuō)。
權(quán)益粉碎攻擊是主動(dòng)的，而這個(gè)是被動(dòng)的——假設(shè)有人做了權(quán)益粉碎攻擊進(jìn)行了分叉嘗試，誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)理應(yīng)不予理會(huì)，因?yàn)樗麄兡芸吹竭@種分叉被接受的幾率小。
對(duì)于POW來(lái)說(shuō)，你不會(huì)在被接收幾率小的分叉（例如不是最長(zhǎng)鏈的分叉）上挖礦，因?yàn)槟菢永速M(fèi)算力。
但對(duì)于POS來(lái)說(shuō)，在那上面挖礦沒(méi)任何損失，反而是不在那上面挖礦，萬(wàn)一這條鏈被接收了，你就會(huì)受到損失。
于是，即便是誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)，如果它足夠理性，那么它也會(huì)在所有它收到的鏈上同時(shí)挖礦。
POW里，沒(méi)人挖的分支很快就會(huì)變成孤塊被丟棄，但在POS里，如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)足夠理性，會(huì)出現(xiàn)的情況反而是每條分支都會(huì)永遠(yuǎn)存在因?yàn)槔硇缘牡V工會(huì)同時(shí)在所有分支上挖礦。
這是我覺(jué)得POS最大的缺陷，就是如果只用最長(zhǎng)鏈共識(shí)的話，POS本身是沒(méi)法應(yīng)對(duì)分叉的，必須通過(guò)懲罰。而這種懲罰不光是基于作惡，而是違反節(jié)點(diǎn)逐利本性的。
? ?權(quán)益證明，Proof of Stake，2013 年被提出，最早在 Peercoin 系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)，
類似現(xiàn)實(shí)生活 中的股東機(jī)制，擁有股份越多的人越容易獲取記賬權(quán)。
? ? 典型的過(guò)程是通過(guò)保證金（代幣、資產(chǎn)、名聲等具備價(jià)值屬性的物品即可）來(lái)對(duì)賭一個(gè)合法 的塊成為新的區(qū)塊，
收益為抵押資本的利息和交易服務(wù)費(fèi)。提供證明的保證金（例如通過(guò)轉(zhuǎn) 賬貨幣記錄）越多，
則獲得記賬權(quán)的概率就越大。合法記賬者可以獲得收益。
? ? PoS 是試圖解決在 PoW 中大量資源被浪費(fèi)的缺點(diǎn)。惡意參與者將存在保證金被罰沒(méi)的風(fēng)險(xiǎn)， 即損失經(jīng)濟(jì)利益。
? ? 一般的，對(duì)于 PoS 來(lái)說(shuō)，需要掌握超過(guò)全網(wǎng) 51%的資源，才有可能左右最終的結(jié)果。
這個(gè)也 很容易理解，三個(gè)人投票，前兩人分別支持一方，這時(shí)候，第三方的投票將決定最終結(jié)果。
? ? PoS 也有一些改進(jìn)的算法，包括授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制（DPOS），
即股東們投票選出一個(gè)董事 會(huì)，董事會(huì)中成員才有權(quán)進(jìn)行代理記賬。
? ? 財(cái)力決定一切。主鏈機(jī)制是權(quán)益最大，所以財(cái)力強(qiáng)大就可以重新打包區(qū)塊，就可以拿到所有區(qū)塊的打包費(fèi)用啊！
總結(jié)
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