pos机制缺点时什么(从工作量证明(pow)到权益证明(pos)，以太坊如何颠覆寡头垄断)

权益证明

权益证明（PoS）是公链的一种共识算法，其实现依赖于验证人在网络中的经济利益。

在基于工作量证明（PoW）的公链（如比特币和当前实施的以太坊）中，通过对解加密算数题的参与者进行奖励，来验证交易并创建新的块（即采矿）。而在基于 PoS 共识的公共块（如以太坊即将推出的 Casper ）中，验证人轮流提议新块并对下一个块投票，每个验证人的投票权重取决于其持币量的大小（即股权）。验证人对于区块链网络提供服务是有奖励的，而且这种奖励也实现了对攻击者的的经济制约。

PoS 的明确优点包括安全性、降低集权风险和提高能源效率。

明确的经济安全

PoW 工作量证明受到你能承受多少电力成本和硬件折旧的限制，所以具有一个动态调整（通过10分钟出块的目标）的隐性成本。虽然 PoS 有自己的挑战（在后面有讨论），其主要优点之一是可以灵活地明确地设计对拜占庭行为（即不遵循协议）进行的惩罚。 这使得协议设计者能够对网络中各种行为的不对称风险和收益回报情况进行更多的控制。 安全性的另一个方面是对软件和网络精密性进行破坏的成本，因此具有明确惩罚（可能在比PoW 更严重的级别上）的能力可以增加网络的安全性（意即经济安全）。

相关说明，Vitalik 进一步认为，PoS 具有更好的恢复属性。在 PoW 中，存在一个可以使块链不可用的“51%算力攻击问题。在 PoS 中，网络可以处罚没收攻击者的股权，防止重放攻击。经济分析进一步澄清了这一概念。重放攻击的边际成本与 PoS 的第一轮相同。而在 PoW 中，51％ 攻击期间另一轮的主要边际成本是电力成本（重放攻击引起的的硬件折旧和物理空间成本增加很小）。简明如 Vlad Zamfir所说，在 PoS 中重复的 51％ 的攻击成本就好像每一轮都要“你的 ASIC 矿场烧毁”一样。

减少集中化

为了达成共识，PoS 权益证明减轻了规模经济的影响。在 PoW 工作量证明中，我们已经看到，为保护网络安全，相对集中的矿池（例如 AntPool）比规模小的更受到信任。大矿池可以通过（1）在较大的运营中摊销固定成本，（2）通过运营较大的实体来提高议价能力，来降低其技术和运营基础设施（如数据中心成本，电力成本，人员成本）的单位成本。

这意味着两个成本相同的矿池，取得的算力会不一样，一个能实现更高的算力，并在网络上有更大的影响，即钱能生钱，例如，10,000名矿工单独挖矿，每个矿工花费1美元/分钟（8,860万美元/年）的成本，比一个同样花费10,000美元/分钟(尽管也花费了8760万美元/年）的矿池的算力要低得多。(进一步：量化 PoW 挖矿中心化的好处将是令人着迷的，即它是1bps ，1％ 还是算力以投资每美元比率的倍数？）

然而，在 POS 权益证明的情况下，一美元就是一美元。这样的好处是，你不能通过汇集在一起，使得一美元值得更多。您也不能开发或购买专用集成电路（ASIC），从而在技术上占有优势。所以，PoS 不同于 PoW 挖矿收入的累计分配方式，采用了比例分配。（成熟的去中心化的声誉/身份管理服务为按比例分配收益成为可能）。

能源效率

PoW 工作量证明机制通过浪费资源来保障网络。比特币目前每年使用超过20 TWh的电力，这已经接近厄瓜多尔整个国家的电力消耗。为了使比特币在支付的规模上得到更广泛的使用，它必须浪费象更大的国家一样多的电力。根据这样的发展，我们就可以明白，工作量证明可能不是合适的发展方向。

虽然比特币可能具有超过其财务成本和外部环境的重要社会功能（即Nick Szabo的社会可扩展性论证），但 PoS 的支持者认为借鉴 PoW 块链的激励机制，而不用浪费太多的能量是可能的。或者，有些人可能认为存在负面外部性的代价，即社会可扩展性的好处甚至可能超过环境成本。

虽然确切的答案很难得到确定，但我认为整个数字加密生态系统有责任探索所有有希望的共识机制，衡量其利弊和可行性。（例如，其他项目正在测试各种形式的存储证明的好处和可行性等等）。

退一步讲，值得注意的是 PoW 的发行存在两种成本。内部成本，由矿工支付，并转交给货币持有人。外部成本，比如政府的环境成本和补贴（很可能以更便宜的电力）。在 PoS 中，共识成本较低（无电力和硬件成本），从而允许低发行量。随着网络的成熟，甚至可能会出现负发行（网络交易燃烧的，以及罚款和销毁的），并形成稳定的价格。

因此，不仅能降低环境的能耗，而且还能实现更简单的结构设计。这是因为较低的能源消耗允许将潜在的经济价值损失（即可信赖的未实现成本的风险）代替实际成本（电力和折旧成本是不可逆的），以确保网络的安全。这是 PoS 的一个关键的基本假设：实际成本和对亏损的预期可以激励参与者保护网络。因此，虽然困难 - 但是有可能（因此更好）通过避免损失来确保公链安全，这可以减少系统中的公共成本和无谓损失。

PoS 总结

这里总结了 PoS 的主要优点。虽然 Casper 为以太坊（以下讨论）提供了具体的好处，但其重要性的很大一部分是 PoS 带来的好处：明确的经济安全，减少集权和能源效率。

PoS 方面的原因

前三点在“权益证明”部分中介绍过。不过值得一提的是，以太价格在280亿美元上下时，它是第二大的数字货币，约占总市值的18％。因此，任何增量的去中心化和能源效益的提高都可能产生不平凡的影响，并对未来产生非常重要的影响。

作为回顾，

（1）PoS 具有较小的可用经济规模，因为 - “美元兑美元” - 一个矿工/验证人不能对网络产生巨大的影响。在 PoW 中，一个大型矿池可能比单个矿工获得每美元更多的哈希算力，而在 PoS 中，一美元是一美元，这可能会减轻挖矿的中心化。

（2）PoW 的网络安全依赖于能源的浪费，PoS 则依赖于保证金的损失。那么挑战就是

（3）我们如何模仿（和增强）PoW 工作量证明机制）的优点，并通过经济机制设计来减少 PoS 的缺点。

扩展性的原因

接下来，让我们来谈谈一些新的东西：

（4）扩展性。理解这一点的关键是双重的：（a）Casper关于建立明确的最终共识（而不是概率上最终共识），（b）明确的最终共识可以通过分片进行扩展来维护网络安全。

在 PoW 链中，最终共识是隐性的（如“游戏中的皮肤”特效是通过花费电力进行渲染）。当您检查交易在真实用例中的最终确定时，PoW 链中的最终性的隐性是显而易见的。根据付款的金额大小和重要性，您可以等待额外的块确认（最长链中出现交易以来的区块个数）。例如，对于买咖啡，您可以使用较少的确认，但是为了购买汽车，您可能使用比平均确认数量更多的区块个数来确认交易。

设计原则

这是从Vlad和Vitalik发布的各种各样的文章中所收集的设计原则。当前，Casper的指导设计原则分散在各种资料间。希望能够整体阅读，提供更明确内容来概括设计原则的概念。

1、经济学设计行为。明确的经济机制设计可以实现其他社会契约（如以工作证明方式的共识协议）中隐含的经济激励。如果你喜欢类比，在History of Casper part 3中搜索“big games” 。

2、 最大化攻击成本例如，攻击者可以对协议功能进行攻击的损坏程度应受到一些行为因素的约束“griefing factor.”。为了造成100美元的损失，不应该花费0.01美元。也希望成本在100美元左右。换句话说，我们希望最大限度地减少用于攻击协议的每一块钱的“攻击利益倍数”（更多的是在另一篇文章中介绍）。

3、公共成本效益，不只是私人的。在我们开始扩张公有链时，协议经济学应该考虑到社会（即 “公众”）成本和利益（消极和积极的外部因素）。能源成本，环境影响和财富分配是一些显着的例子。

4、 防止规模经济. 中心化削弱了公有链主要的价值。阻止规模经济能杜绝产生中心化要素，并能建立更安全的区块链。

5、 网络安全来源于“游戏中的皮肤”。简单而值得重申。你抵押愿意可能失去的越多，我们才可以更相信你作为一个验证人。虽然燃烧能源确保了pow的链安全，但“经济价值的损失 ”确保了POS链的安全。

6、寡头垄断设计。合作博弈理论，是协议将无法完全减轻网络中固有的集权力（即规模经济）的博弈的名称。这意味着分析所有边缘案例影响着自利卡特尔行为。值得注意的是，协议应该能避免卡特尔验证人欺凌非卡特尔验证人（即 “友好”）

7、 追责安全。设计应使得尽可能的能将故障归因于某个不良行为者。Casper依赖于削减归因拜占庭行为的能力。

8、合理的活跃度。设计不允许攻击者阻止区块链的不间断提议的发起和对检查点/区块块进行投票。这就是Casper与其他实现方式（如Tendermint）的区别，Tendermint如果没有同步实现安全性，它将“锁定”。

9、 最小同步性假设。为了让其活跃和不阻断区块链增长，Casper具有最小的同步性假设。事实上，我们预计节点每几个月都不会频繁登录。

10、去中心化的事物应该能够被重新生成。一个协议只有在能够从永久删除所有其他节点，从只留下一个节点中完全恢复才能算是去中心化。可用性，而不仅仅是一致性（同样，Tendermint很容易被“阻挡”，无法重新生成;每个分支的验证人集合将不断变的更小根据Matthew Wampler-Doty和Vlad的观察)。

11、反审查。主要的权衡的是有一种新的攻击维度是验证人故意离线。不过，卡特尔的审查制度在这里是更大的罪恶。选择审查制度的相对成本与奖励和其他处罚（作为存款的百分比）将是获得这项权利的关键。

进一步阅读

PoS设计理念

Casper历史（上面的链接）

挑战

这里提供了更广泛的Ethereum面临的挑战的列表。

POS的挑战

无利害关系? ?- 如果链进行了分叉，任何验证人的最优策略是在每个链上都进行验证，以便验证人获得奖励，而不考虑叉的结果。

长程攻击? ?- 与51％的攻击相同的机制（使得更长的链条以攻击者的方式重写账本），但不只是攻击了前面的6个区块，而是回朔到更早的链的历史中(比如6万个区块)。这是PoS的一个问题，因为它没有工作量证明重写一个很长的链。

解决这两个挑战的想法来自于slasher (以及其改进的变体)。要点是：

（1）验证人是已知的，这允许在验证人级别的错误归因;

（2）通过“削弱条件”强烈地抑制某些行为，可以减轻这些问题。

再次，这个例子对于了解Casper团队对共识算法设计的观点至关重要：我们可以将经济机制设计用于安全的分布式系统。

对POS的批评

逆向选择 — 由于有潜在的严厉惩罚，很多中等或者厌恶风险的候选验证人可能会不参加验证人。那么人们可能会争论那些寻找游戏规则漏洞的人更有可能成为验证人并获取更多利益。更广泛地，可以这么说—一个好人永远的得不到比坏人更好的回报。

回应:

这是未来的要解决的工作，也是研究团队的重点领域：密码经济学。随着这个机制的参数化深入，团队将迭代的去不断优化参数，平衡风险回报与存款规模的比例和他人的行为(拜占庭行为)。

值得提的是这个问题同样存在于比特币中。

富有的变的更富有 — 另外一个共同的担忧是当人们知道“共识算法是基于你持有多少的代币”，这可能会加剧在这个加密货币生态系统中财富的不平等，同时更广泛的发生在全球的经济中。

回应:

这里的主要观点应该是POS和现行基于算法的比特币POW相比较是相对平等(如拥有大资金的获得较少的好处)。正如上面讨论的关于PoS的概述，PoS削减了规模经济，这减少了矿工的集权。而且，在PoS中，一美元就是一美元。所以根据合理的直觉判断，反对PoS将加剧财富不平等，这实际上是对现状的一个不平凡的改进。

题外话：为了在PoS中具有不规则的扩张或者阶梯式的财富分配(一个消除财富不平等分配的新维度)，我认为有必要拥有成熟可靠的身份或者荣誉系统。否则，较大的资金池将会有“女巫行为”假冒的身份也能够享受到阶梯式奖励系统的好处。然而，这个挑战将被进一步解决，这也超出了Casper的范畴。