如何在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施權(quán)益證明和工作量證明

目前，以太坊正在考慮采用一種新的方法來驗(yàn)證其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交易，從而降低能耗并實(shí)現(xiàn)每秒更多的交易次數(shù)。這個(gè)新的方法被稱為權(quán)益證明（PoS）。然而，目前大多數(shù)區(qū)塊鏈采用的是當(dāng)前一致的算法，即工作量證明（PoW），隨著時(shí)間的推移已經(jīng)證明其可靠性，區(qū)塊鏈社區(qū)擔(dān)心采用PoS可能帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。

PoW是一種確認(rèn)你做了多少工作量的證明，因?yàn)槟呀?jīng)付出了努力，因此您可以驗(yàn)證交易。最初由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年提出，后來由Satoshi Nakamoto在2008年由比特幣發(fā)布實(shí)施。PoS允許個(gè)人投入或”融資”一定數(shù)量的貨幣作為保險(xiǎn)，然后獲得信任以驗(yàn)證交易。

我們將考慮如何在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施它們，同時(shí)考慮到它們的實(shí)施可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)以及可能解決的方案。

從構(gòu)思到實(shí)施

PoW并不是什么新鮮事。每當(dāng)我們?cè)诰W(wǎng)上遇到它時(shí)，我們通常會(huì)對(duì)它感到惱火。驗(yàn)證碼是POW最基本的應(yīng)用，這是一個(gè)較小版本的PoW，用于證明我們是人類。通過讓你選擇那些無聊的選項(xiàng)，驗(yàn)證你實(shí)際上是”人”而不是機(jī)器，當(dāng)你選對(duì)正確的答案時(shí)，你被證實(shí)是一個(gè)人，并可以在網(wǎng)上繼續(xù)上網(wǎng)。

在區(qū)塊鏈中，這要復(fù)雜得多。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，有許多節(jié)點(diǎn)彼此互連。在該網(wǎng)絡(luò)中共享處理能力的節(jié)點(diǎn)可以稱為礦工，他們是執(zhí)行PoW以驗(yàn)證事務(wù)并為區(qū)塊鏈找到下一個(gè)塊的新哈希節(jié)點(diǎn)。當(dāng)他們成功完成每項(xiàng)計(jì)算時(shí)，他們會(huì)獲得加密貨幣獎(jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)礦工繼續(xù)采礦。

為了讓數(shù)字貨幣不那么快的被開采完，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)隨著時(shí)間的推移，計(jì)算難度增加，這意味著想要計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要更強(qiáng)大的算力才能成為第一個(gè)完成PoW的人。用個(gè)人計(jì)算機(jī)的礦工逐漸被淘汰，擁有一排排強(qiáng)大處理器的巨型采礦倉(cāng)庫(kù)成為主流。這一點(diǎn)似乎打破了分散加密的目的，因?yàn)槲ㄒ痪哂羞@種購(gòu)買力的人是大公司。礦工們現(xiàn)在只能將他們的處理能力集中在一起，這樣他們作為一個(gè)集體，集中所有的算力，才可以完成PoW并分配獎(jiǎng)勵(lì)。

工作量證明（Proof-of-Work）

用以太坊和比特幣作為采礦業(yè)的例子，這些業(yè)務(wù)在能源消耗和采礦池規(guī)模方面已經(jīng)達(dá)到荒謬的水平。對(duì)于以太坊，估計(jì)采礦總成本（2，277，959，012美元）超過了可用于采礦的年度獎(jiǎng)勵(lì)（1，378，876，829美元）。以太坊采礦能耗似乎接近冰島的能源使用量。

比特幣方面，由于估計(jì)的采礦成本（3，656，073，069美元）仍然低于年度獎(jiǎng)勵(lì)（4，769，978，010美元），比特幣仍有利可圖。比特幣能耗估計(jì)與奧地利相似。

由于PoW只會(huì)變得更難并且需要更多的處理能力才能完成，因此除非在處理能力或能源生產(chǎn)方面取得了一些翻天覆地的技術(shù)革命，否則能耗是不可能合理的。

PoW容易受到分布式拒絕服務(wù)（DDoS）攻擊，即黑客控制著51％的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。黑客將能夠進(jìn)行他們希望的任何交易，包括雙重花費(fèi)并刪除分類帳的歷史記錄。

這種攻擊會(huì)適得其反，因?yàn)樗鼤?huì)使有問題的加密貨幣貶值。但是，由于礦工顯然希望加入最大的礦池以獲得更高的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)會(huì)，因此目前礦池規(guī)模不斷擴(kuò)大是最令人擔(dān)憂的。目前，在Etherium上只需要3個(gè)礦池即可達(dá)到51％。很明顯，礦池中的每個(gè)人都希望保持現(xiàn)狀并獲得獎(jiǎng)勵(lì)，但某個(gè)礦池達(dá)到51％在未來是可能存在的。

權(quán)益證明（Proof of Stake）

POS機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計(jì)算機(jī)硬件的稀缺性來防止51%攻擊，POS則主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。在POW中，一個(gè)用戶可能拿1000美元來買計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來挖礦產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。而在POS中，用戶可以拿1000美元購(gòu)買等價(jià)值的代幣，把這些代幣當(dāng)作押金放入POS機(jī)制中，這樣用戶就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生新塊而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在POW中，如果用戶花費(fèi)2000美元購(gòu)買硬件設(shè)備，當(dāng)然會(huì)獲得兩倍算力來挖礦，從而獲得兩倍獎(jiǎng)勵(lì)。同樣，在POS機(jī)制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機(jī)會(huì)獲得產(chǎn)生新區(qū)塊的權(quán)利。

總體上說，POS算法如下所示。存在一個(gè)持幣人的集合，他們把手中的代幣放入POS機(jī)制中，這樣他們就變成驗(yàn)證者。假設(shè)在區(qū)塊鏈最前面一個(gè)區(qū)塊（區(qū)塊鏈中最新的塊），這時(shí)POS算法在這些驗(yàn)證者中隨機(jī)選取一個(gè)（選擇驗(yàn)證者的權(quán)重依據(jù)他們投入的代幣多少，比如一個(gè)投入押金為10000代幣的驗(yàn)證者被選擇的概率是一個(gè)投入1000代幣驗(yàn)證者的10倍），給他們權(quán)利產(chǎn)生下一個(gè)區(qū)塊。如果在一定時(shí)間內(nèi)，這個(gè)驗(yàn)證者沒有產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，則選出第二個(gè)驗(yàn)證者來代替來產(chǎn)生新區(qū)塊。與POW一樣，以最長(zhǎng)的鏈為準(zhǔn)。

PoW經(jīng)過了充分測(cè)試，可用于許多加密貨幣項(xiàng)目。用DDoS對(duì)POW算法的區(qū)塊鏈進(jìn)行攻擊對(duì)于今天的計(jì)算技術(shù)來說是不可能的。然而，高能源成本，環(huán)境壓力增加，不利的媒體報(bào)導(dǎo)，采礦業(yè)務(wù)集中以及交易量下降，這些都可能使其長(zhǎng)期收益下降。社區(qū)也越來越關(guān)注比特幣采礦的高能源成本。

結(jié)論

結(jié)論

沒有一種方法是完美的，每種方法都有自己的一系列問題，讓極其智能人忙碌起來。什么時(shí)候以及我們將看到多少進(jìn)展仍有待觀察，但有一點(diǎn)是肯定的 — 進(jìn)展即將來臨，這將成為加密貨幣成為主流的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。