工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)对比
目录
导语
什么是工作量证明(PoW)及其如何运作?
什么是权益证明(PoS)及其如何运作?
工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)的不同之处
权益证明是否优于工作量证明?
中心化风险
安全风险
权益证明的弊端
总结
工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)对比
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工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)对比

工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)对比

中阶
Published Dec 12, 2018Updated Jan 14, 2022
9m

摘要

工作量证明(PoW)和权益证明(PoS)是最常见的两大共识机制,主流加密货币用它们来保障自身网络安全。

比特币使用工作量证明来验证交易,并保障网络安全。除此之外,工作量证明还能预防双花问题。区块链的安全由称为“矿工”的参与者守护,参与者使用算力相互竞争,以此获取确认新区块和更新区块链的权利。成功的矿工由网络给予比特币奖励。截至2021年12月,矿工每成功挖掘出一个比特币区块,即可获得6.25枚比特币的区块奖励,并附加交易费用。

工作量证明和权益证明的主要区别在于选取区块交易验证者的方式。权益证明是最热门的工作量证明替代方案,属于共识机制,旨在改善工作量证明的局限性,例如可扩展性和能耗问题。权益证明的参与者称作“验证者”,他们无需使用强大的硬件设备来竞争验证区块的机会,只需质押(锁定)区块链的原生加密货币即可。网络随即根据加密货币的质押数量选出获胜者,并从他们验证的区块中拿出一定比例的交易手续费作为获胜者奖励。质押的代币越多,越有机会成为验证者。


导语

为确保区了块链中记录的交。是有效的,这些其中,工作量证明(PoW)机制出现得最早。该机制由中本聪创建,被公认为是最安全的替代方案之一。权益证明(PoS)随后问世,目前在山寨币项目中尤为常见。

除了比特币,工作量证明还用于以太币(ETH)和莱特币(LTC)等主流加密货币。相比之下,权益证明则用于币安币(BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA)和其他山寨币。值得注意的是,以太坊将在2022年从工作量证明切换至权益证明。


什么是工作量证明(PoW)及其如何运作?

工作量证明(PoW)是由比特币网络和其他诸多加密货币采用的共识算法,可预防双花问题。中本聪在2008年发布的比特币白皮书中提出这个概念。

工作量证明在本质上确定了比特币区块链实现分布式共识的途径。它以去信任化的方式验证点对点交易,无需第三方中间机构的介入。

在比特币这样的工作量证明网络中,交易由矿工负责验证。他们是网络的参与者,利用大量资源来确保网络持续安全的正常运行。矿工同时还要负责创建和验证区块交易等任务。为争取到验证下一区块的权利,矿工需使用高度专业化的挖矿硬件来解决复杂的数学难题。
首位成功攻克这些数学问题的矿工即可赢取将区块加入区块链的权利,并赚取所谓的区块奖励。区块奖励由新生成的加密货币和交易手续费组成。网络情况不同,区块奖励的加密货币数量也会有所不同。例如,矿工从比特币区块链成功挖出一个区块,即可获得6.25枚比特币以及每个区块交易手续费的奖励(截至2021年12月)。然而,由于减半机制,每隔21万个区块(约四年时间),每个区块生成的新比特币将减少50%。
如需详细了解工作量证明模式,敬请阅读《什么是工作量证明(PoW)?》


什么是权益证明(PoS)及其如何运作?

权益证明(PoS)是2011年推出的共识算法,属于工作量证明的替代方案,旨在解决工作量证明在可扩展性方面的局限。权益证明是人气第二高的算法,由币安币(BNB)、Solana (SOL)和Cardano (ADA)等加密货币采用。

虽然工作量证明和权益证明的目标一致,都是为了在区块链中达成共识,但是权益证明采用不同的方式来确定区块交易的验证者。权益证明区块链中没有矿工。权益证明验证者根据个人的加密货币持有量来竞争区块验证权,而非依赖计算机性能。

参与者在特定区块链智能合约锁定一定数量的代币,即可获得区块验证权。这个过程称之为“质押”。然后,权益证明协议将分配验证者验证下一个区块。根据不同的网络,选取过程将随机或按持有量(质押量)决定。选出的验证者可从他们验证的区块获得交易手续费作为奖励。一般情况下,质押的代币越多,越有机会被选为验证者。
如需了解详情,敬请阅读《权益证明(PoS)详解》


工作量证明(PoW)与权益证明(PoS)的不同之处

虽然同属确保区块链网络安全性的共识机制,但二者存在一定差异。显而易见,工作量证明和权益证明的主要区别在于选定验证新交易参与者的方式。为让各位了解得更清楚,让我们来看看下列表格:


工作量证明(PoW)

权益证明(PoS)

由谁挖矿/验证区块?

算力越高,挖出区块的概率越高。

质押的代币越多,越有机会成为新区块的验证者

如何挖掘/验证区块?

矿工相互竞争,使用计算资源解决复杂数学难题。

通常来说,算法根据质押的代币数量,随机选出获胜者。

挖矿设备

专业挖矿硬件,例如专用集成电路(ASIC)、中央处理器(CPU)和图形处理器(GUP)

连接到互联网的任意计算机或移动设备

奖励如何发放?

首位挖出区块的矿工获得区块奖励

验证者从自己验证的区块中获得部分交易手续费

如何保证网络安全

哈希值越大,网络越安全

在区块链质押锁定加密货币,保证网络安全


权益证明是否优于工作量证明?

权益证明支持者认为权益证明比工作量证明更具优势,尤其是在可扩展性和交易速度方面。有人认为,与工作量证明相比,权益证明代币对环境的危害更小。与之相反,许多工作量证明支持者则认为,权益证明作为一种较新技术,在网络安全方面的潜力还尚无定论。工作量证明网络需要挖矿硬件、电力等大量资源支持,这样一来,攻击成本也会更高。这对于比特币这个规模最大的工作量证明区块链来说尤为如此。

如前所述,以太坊(ETH)将在升级为以太坊2.0时,从工作量证明切换至权益证明。以太坊2.0是期盼已久的以太坊网络升级,旨在改善网络性能和解决可扩展性问题。在以太坊实施权益证明之后,所有持有32枚以太币的用户都能参与质押成为验证者,并获取奖励。 

权益证明是否优于工作量证明?是什么原因让市值位居第二的加密货币采用这种全新的共识机制?


中心化风险

在工作量证明区块链中挖矿,需要使用算力反复推敲区块数据,直至找到有效的解决方案。对于当前的主流加密货币而言,要找到解决方案越来越具有挑战性。穷举运算哈希值的过程需要耗费昂贵的硬件和电力。

因此,有些矿工更愿意将挖矿资源集中到矿池,以增加获得区块奖励的几率。有些大型矿池投资数百万美元并操控成千上万个专用集成电路(ASIC)挖矿硬件,以便生成尽可能多的哈希算力。

截至2021年12月,排名前4的矿池共计掌控近50%的比特币总哈希算力。矿池垄断的情况下,加密货币爱好者要凭一己之力挖出区块,可谓难上加难。

那么,挖矿的去中心化程度有多高呢?一方面,没有单一实体能完全掌控网络确认。如果出现这种情况,可能会发生51%攻击,网络将失去价值。有人会争辩说,虽然挖矿仍具有去中心化性质,但程度不再那么高。从某种意义上说,挖矿设备和能源生产商依旧掌控挖矿命脉,拉低工作量证明区块链整体的去中心化程度。

权益证明共识机制则采用不用的方式,用质押取代了挖矿能力。这种机制可降低个人确认交易的准入门槛,减少对位置、设备和其他因素的倚重。质押只需由持有代币的数量决定。

然而,大多数权益证明网络需运行验证者节点才开始确认交易。这样运行可能成本昂贵,但不抵几台矿机烧钱。用户将代币委托质押给特定的验证者,形成类似于矿池的模式。因此,虽然普通用户更容易参与权益证明,但像矿池一样,仍易受到中心化问题的影响。


安全风险

除中心化风险之外,排名前四的矿池掌控比特币网络的大部分哈希算力,这样会增加51%攻击的风险。51%攻击是指恶意行为的个体或组织掌控超过全网50%的总哈希算力后,可能会对区块链系统发起安全攻击。攻击者会完全控制区块链共识算法,并实施恶意行为谋取私利,例如造成双花问题、拒绝或更改交易记录,或阻碍他人挖矿。但是,鉴于比特币网络的规模,发生这种攻击的概率微乎其微。

相对而言,如果有人攻击权益证明区块链,则需要拥有网络中超过50%的代币。这会造成市场需求和代币价格上涨,而且需要花费数百亿美元。即使成功实施了51%攻击,由于网络遭到破坏,攻击者质押的代币价值也将急剧跌落。因此,使用权益证明共识的加密货币,尤其如果市值较大,几乎不会发生51%攻击。


权益证明的弊端

许多人认为,权益证明是替代工作量证明的优化选择,但值得注意的是,权益证明算法也存在缺陷。受奖励发放机制的影响,验证者质押的资产越多,就越有可能获得验证下一个区块的机会。验证者积累的代币越多,就能质押和赚取更多代币,因此很多人指责这是“富人恒富”。由于权益证明区块链通常会将治理权赋予给验证者,这些“更富有”的验证者同时又影响到网络的投票权。

另一个担忧则是,较小市值的加密货币采用权益证明会面临安全风险。如上所述,以太币或币安币等较热门的加密货币几乎不会遭受51%攻击。但是,价值偏低的较小规模数字资产则更容易受到攻击。攻击者取得足够多的代币就能在与其他验证者的竞争中占据上风。只要频繁被选为验证者,他们就能占尽权益证明体系的优势。然后,他们将赚取的奖励再次质押,以增加在下一轮被选中的机会。


总结

工作量证明和权益证明均在加密货币生态系统中占有一席之地,很难判断究竟哪种共识协议更有效。由于挖矿过程中排放高碳,工作量证明惨遭诟病,但仍是公认的保护区块链网络的安全算法。尽管如此,随着以太坊从工作量证明转向权益证明,权益证明体系在未来将获得更多新项目的青睐。