区块链共识机制比较：PoW与PoS 到底谁更好？

区块链技术的一个核心方面是分布式账本，其中包含所有先前历史交易的记录。之所以称为分布式分类帐，是因为它不存储在中央位置，而是存储在世界各地的计算机网络中。分布式分类帐操作的关键是确保整个网络共同符合分类帐的内容。这是共识机制的工作。

在许多加密资产的背后，都有一个共识机制。共识机制的目的是验证添加到分类账中的信息是否有效，即网络是否一致。这可以确保添加的下一个块代表网络上的最新交易，从而防止重复花费和其他无效数据被附加到区块链上。此外，共识机制可防止网络因不断的分支而脱轨。

已经设计了许多不同的共识机制，每种机制各有优缺点。它们都具有与上述相同的核心目的，但方法不同。不同共识机制之间的主要区别在于它们委派和奖励交易验证的方式。

最受欢迎的区块链共识机制是以比特币为代表的工作量证明（PoW）和以太坊为代表的权益证明（PoS）系统。本文将重点描述和比较PoW与PoS，但是请注意，还存在许多其他共识系统，例如委托权益证明（DPoS）和联合拜占庭协议（FBA）。

工作量证明（PoW）

工作量证明概念在加密资产之前就已经存在。这个想法最初是由辛西娅·德沃克（Cynthia Dwork）和莫妮·纳尔（Moni Naor）在1993年的一篇期刊上发表的，但是直到1999年，“工作量证明”才真正由Markus Jakobsson提出。

在中本聪（Satoshi Nakamoto）的比特币白皮书中，理论上认为，取得区块链网络的算力控制权的唯一方法是通过51％的攻击（更多信息请参阅Blockchain Basics中的51％攻击）。比特币白皮书提出了使用防止实体获得对网络多数控制权的工作系统。以这种方式应用工作量证明可以说是比特币必要的中心思想，因为它允许无需信任和分布式的共识。

比特币挖矿的工作原理：

一组交易捆绑到一个内存池（内存池）中。
矿工通过解决数学难题来验证内存池中的每笔交易都是真实合规的。
第一个解决难题的矿工将获得新铸造的比特币（区块奖励）和网络交易费。
经过验证的内存池（现在称为区块）被附加到区块链上。

矿工必须解决的数学难题类型具有可以定义工作量证明系统的一些关键功能：

这些难题是非对称的，这意味着矿工很难解决，但正确的答案很容易被网络验证。
解题没有技巧，需要算力。这样可以确保某些矿工不会比其他矿工获得不公平的优势。矿工提高解决难题的几率的唯一方法是获得额外的计算能力。这是非常耗费能源和资金的。
难度参数会定期更新，以保持块时间一致。例如，比特币协议的块生成目标时间为10分钟。因此，例如，如果两周的平均阻止时间减少到10分钟以下，则网络会自动增加难度。反过来，这增加了计算数量和解决难题所需的平均时间。

权益证明机制（PoS）

权益证明系统具有验证交易和达成共识的相同目的，但是，该过程与工作量证明系统完全不同。有了权益证明，就不会出现数学难题，而是根据新的区块的确定性来选择新区块的创建者。赌注是一个人拥有多少枚代币。例如，如果一个人要放10个代币，而另一个人要放50个代币，那么选择50个代币的人被选为下一个区块验证程序的可能性将是原来的5倍。

权益证明系统的关键优势是更高的能源效率。通过消除高能耗的挖矿过程，与工作量证明系统相比，权益证明系统可能被证明是一种更加环保的选择。此外，权益证明系统提供的经济激励措施可能在促进网络健康方面做得更好。在工作量证明系统下，矿工可能不会拥有自己挖掘出来的代币，仅试图通过卖出加密货币使自己的利润最大化。另一方面，在权益证明系统中，验证者必须拥有并支持他们要验证的数字货币。这些优点以及更多优点将在下面详细讨论。

权益证明和工作证明之间的另一个主要区别是，在权益证明下，不会产生新的硬币（采矿）。相反，所有硬币都是在一开始就创建的。这意味着验证者必须通过交易费用获得全额奖励，而不是新挖出的数字货币。

比较工作量证明和权益证明机制

成本与能源

权益证明系统有可能成为工作量证明系统的一种更具成本效益的绿色替代方案。操作工作量证明系统所需的计算能力非常耗能。例如，比特币网络的年能耗相当于哥伦比亚全国的能耗（每年57.6 TWh）。此外，挖矿业的竞争性质意味着越来越多的钱被投入到功能更强大的挖矿计算机中，这反过来将需要提供越来越多的能源。

权益证明系统不需要挖矿或伴随大量能源消耗的处理能力。结果是，权益证明系统只需要很小一部分能量即可运行。较低的能源成本还使社区中的任何人都可以更容易地进行验证，而挖矿的作用正越来越多地用于大型活动。

安全问题

加密货币中的权益证明系统相对于工作量证明系统而言相对较新，但采用率仍未达到相同水平。结果导致的是，它没有像工作量证明系统那样经过严格的测试，并且发现了一些潜在的安全风险。

不断地分叉区块链对网络不利，并导致不稳定。在工作量证明系统中，如果分叉了区块链，那么矿工将不得不决定继续支持原始的区块链或切换到更新的分叉的区块链。为了支持叉子的两侧，矿工将不得不在两者之间分配他们的计算资源。这样，工作量证明系统自然就不鼓励通过经济激励来进行持续的分叉。

另一方面，权益证明系统不会固有地阻止分叉。当区块链分叉时，验证者将收到他们在新分叉的区块链上的股份的副本。如果验证者在叉子的两侧签字，则他们有可能索取两倍于交易费的奖励，并花双倍的硬币；这就是所谓的“无风险获利”问题。不需要参与者增加股份来验证区块链的多个副本上的交易，因此，没有经济诱因可以防止这种不良行为。

解决“无风险”问题的潜在解决方案是征收一笔将被锁定一段时间的押金。以太坊计划在2018年的某个时候从工作量证明系统切换到权益证明系统，并提出一个名为Casper的共识协议。 Casper将使用一种存款解决方案，在该解决方案中，要求验证者提交最低存款才能参与。如果协议确定参与者违反了一组规则，例如在多个分叉上签名，则将没收押金。

中心化程度

利用工作量证明系统的区块链网络越来越受到关注的是中心化的风险。如前所述，挖矿在工作量证明系统中的作用正越来越多地用于大规模操作。与大多数加密资产的分散式精神相反，对区块链网络的控制正在从整个社区转移到越来越少的人手中。

权益证明系统可能会提供更公平的解决方案。参与者可以在权益证明系统中获得的网络控制量与他们投入的资金成正比。如果一个参与者的投资是另一参与者的十倍，他们将获得十倍的控制权。相反，在工作量证明系统下，如果矿工在设备上的投资是另一方的10倍，他们实际上将获得超过10倍的计算能力。这是由于大量采购交易和高端设备效率提高的结果。结果，个人与大型挖矿场的竞争变得越来越不那么盈利，越来越困难。

减少或者约束实体在验证交易控制中的集中化对区块链网络的分布式架构至关重要； 这就是共识机制发挥如此不可或缺的作用的原因。 为了维持任何区块链网络的无需信任优势，不可篡改和分布式性质，必须有一个功能正常的共识机制。
原文链接
https://hackernoon.com/consensus-mechanisms-explained-pow-vs-pos-89951c66ae10
编译 cybtc（ https://www.cybtc.com/forum.php?mod=viewthread&tid=54802 ）

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