什么是权益证明(PoS)?
目录
导语
何谓权益证明?
权益证明如何运作?
哪些区块链使用权益证明?
权益证明的优点
权益证明的缺点
工作量证明与权益证明对比
基于权益证明的其他共识机制
结论
什么是权益证明(PoS)?
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什么是权益证明(PoS)?

什么是权益证明(PoS)?

中阶
发布时间 Dec 6, 2018更新时间 Sep 29, 2022
8m

摘要

权益证明是工作量证明的热门替代方案。验证者不需要计算能力来验证交易,而是必须质押代币,这就极大地减少了所需的能源消耗。权益证明还提高了去中心化、安全性和可扩展性。

不过,如果无法使用加密货币,就很难接触到权益证明。如果选择市值较低的区块链,也很容易发生51%的攻击。由于权益证明具有高度的通用性,它也有多样的变化,适用于不同的区块链和用例。


导语

权益证明是目前区块链网络最受欢迎的选择。但正因为有如此多的变化,要理解其核心概念可能很困难。如今您不太可能看到它的原始形态。然而,各种权益证明都具有相同的核心概念。了解这些相似之处将有助于您更好地选择所使用的区块链以及它们的运作方式。


何谓权益证明?

权益证明共识算法于2011年通过Bitcointalk论坛推出,旨在解决工作量证明所存在的问题。尽管这两种算法的目标一致,都是为了达成区块链共识,但实现目标的过程大不相同。参与者不需要提供需要密集计算的证明,而只需要证明他们已经质押代币。


权益证明如何运作?

权益证明算法利用伪随机选举方式,从一组节点中选择验证者。这个系统综合考量多种因素,包括质押年龄(一个随机化元素)和节点财富。
在权益证明系统中,区块是“锻造”而非挖矿而来。不过,您偶尔还是可能会听到“挖矿”这个字眼。大多数权益证明加密货币在推出时均供应“预锻造”代币,以便立即启动节点。
参与锻造过程的用户必须将一定数量的代币锁定到网络中,作为他们的权益而存在。权益的大小决定了选择一个节点作为下一个验证者的机会,权益越大,机会越大。为确保该过程不仅仅偏向网络中最富有的节点,这个选择过程添加了很多特殊的方式。最常用的两种方法是“随机区块选择(Randomized Block Selection)”和“币龄选择(Coin Age Selection)”。

随机区块选择

在随机区块选择方法中,验证者的挑选是通过寻找具有最低哈希值和最高权益组合的节点来确定的。由于权益的大小是公开的,其他节点通常可以预测下一个锻造者。

币龄选择

币龄选择方法则根据代币的质押时长选择节点。代币作为权益持有的天数乘以质押的代币数量,即可算出币龄。

当一个节点锻造了一个区块,其币龄就会重置为零,并且必须等待一段时间才能锻造另一区块,这有助于防止权益量大的节点主宰区块链。

验证交易

每种使用权益证明算法的加密货币都会为网络和用户提供自认为最好的规则和方法组合。

如果一个节点被选中来锻造下一个区块,它将检查这个区块中的交易是否有效。随后,它会为区块签名并将其添加至区块链。这个节点会从区块中收到交易手续费作为奖励,在某些区块链中还会收到代币奖励。

如果一个节点不想当锻造者了,网络会验证这个节点有没有向区块链中添加虚假区块,假如验证无误,那将么在一段时间后放行该节点的权益和已赚取的奖励。


哪些区块链使用权益证明?

以太坊之后的大多数区块链都使用权益证明共识机制。通常情况下,这些机制都要进行改良以适应网络的需要。我们将在本文的稍后介绍这些变化。以太坊本身目前正通过以太坊2.0转向权益证明。

使用权益证明或其相关型态的区块链网络包括:

1. 币安币(BNB)链

3. Solana


权益证明的优点

相较于工作量证明,权益证明有着明显的优点。正因为如此,新的区块链几乎总是使用权益证明。它的优点包括:

适应性

随着用户需求和区块链变化,权益证明也会发生变化。从大量的调试应用中,我们都可以清楚地看到这一点。这个机制是通用的,可轻松适应大多数区块链用例。

去中心化

大量用户被鼓励运行节点,因为这种方法更为经济实惠。这种激励和随机化过程提升了网络的去中心化水平。虽然存在质押池,个人基于权益证明机制成功锻造区块的机率要高得多。总体而言,这减少了对质押池的需求。

能源效率

与工作量证明相比,权益证明的能源效率非常之高。参与的成本取决于质押代币的经济成本,而非解决难题的计算成本。这种机制导致运行共识机制所需的能源大大减少。

可扩展性

由于权益证明不依赖物理机器来产生共识,因此更具有可扩展性。它不需要巨大的矿场,也不需要大量采购能源。在网络中添加更多验证者的成本更低、更简单、更容易实现。

安全性

权益充当了验证者的经济激励因素,使其不会处理虚假交易。若网络检测到虚假交易,验证者将失去部分权益和未来参与活动的权利。因此,只要权益高于奖励,验证者若企图造假,反而会失去比所获得奖励更多的代币。

要达到有效控制网络并批准虚假交易的目的,节点必须拥有网络的多数股权,这也称为51%攻击。根据加密货币的价值,要获得网络控制权,就需要获得51%的循环供应量,这几乎不可能实现。

然而,这也可能成为一个缺点,我们将在下文中解释。


权益证明的缺点

尽管与工作量证明相比,权益证明有着诸多优点,但它仍然有一些缺点:

分叉

使用标准的权益证明机制并不会遏制开采分叉的两侧。使用工作量证明时,开采两侧会导致能源浪费。有了权益证明,成本会显著降低,这意味着人们可以在分叉的两侧“下注” 。

辅助功能

要开始质押,您需要一个区块链的原生代币供应。这需要你通过交易平台或其他方式购买代币。根据所需的数量,您可能需要大量投资才能有效开始质押。

借助工作量证明,您可以买到便宜的挖矿设备,甚至可以租用。这样一来,您就可以加入矿池,快速开始验证和赚取收益。

51%攻击

虽然工作量证明也容易遭受51%攻击,但使用权益证明显然更加容易。如果代币的价格崩溃或区块链的市值很低,从理论上而言,购买50%以上的代币并控制网络的成本可能更低。


工作量证明与权益证明对比

如果我们比较这两种共识机制,就会发现一些关键的不同点。


工作量证明(PoW)

权益证明(PoS)

所需设备

挖矿设备

最小数量或为零

能源消耗

趋向

中心化

去中心化

验证方法

计算证明

代币质押


然而,不同区块链有着各种各样的权益证明机制。很多差异取决于所用的确切机制。


基于权益证明的其他共识机制

权益证明具有高度适应性。开发人员可调整确切的机制,以适应区块链的具体用例。以下是几种最常见的机制

委托权益证明(DPoS)

委托权益证明让用户无需成为验证者即可质押代币。在这种情况下,他们可以跟着验证者质押,以分享区块奖励。可能的验证者背后的委托人越多,选择的机会就越大。验证者通常可以更改与委托人分享的数额,作为奖励。验证者的声誉也是委托人做出选择的重要因素。

提名权益证明(NPoS)

提名权益证明是由Polkadot开发的一种共识模式。它与委托权益证明有着许多相似之处,但有一个关键的区别。如果提名人(委托人)跟随恶意验证者质押,他们也可能失去质押权益。

提名人最多可选择16个验证者,跟着他们进行权益质押。随后,网络将在所选验证者后面平均分配其质押权益。Polkadot还使用博弈论和选举理论中的几种方法,来决定由谁来锻造新区块。

权威权益证明(PoSA)

币安币(BNB)智能链使用权威权益证明来产生网络共识。这种共识机制将权威证明和权益证明合而为一,让验证者轮流锻造区块。根据验证者所质押的或在其背后委托的币安币(BNB)金额,选出一组21个符合参与资格的活跃验证者。这个集合可每天确定,币安币(BNB)链会存储选择内容。


结论

自比特币以来,我们向网络添加交易区块的方式已经发生了重大变化。我们现在不再需要依靠计算能力来生成加密货币共识。权益证明系统具有诸多优点,历史也已经证明权益证明行之有效。随着时间的推移,比特币似乎是硕果仅存的几个工作量证明网络之一。就目前而言,权益证明似乎还会继续存在。