什么是pos系统知乎(以太坊转向 PoS 代表比特币 PoW 过时了吗?)

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首先跟大家说声抱歉。

本来小磕计划这回给大家八一下点点币 peercoin 诞生之后,PoS 跟 PoW 的爱恨情仇史。当初点点神教在光明顶力战各大门派(嗯剧本没拿错),吵得沸沸扬扬,对整个市场更是造成巨大波动。不过回头想想,正如上次引言里那句话,“币圈没有记忆”——尽管当年点点币市值排名第四,造富效应不再之后,就很少有人再关心,众人的眼睛只盯着新的一夜暴富。于是再提当年勇恐怕意义不大,未必有多少人愿意静下来从历史中学习教训。这么说来,其实也没有多少人愿意静下来学习新知,举个例子,前两年追捧 EOS 的粉丝们,大都根本不知道它跟比特币的共识机制是截然不同的,而最近的 DeFi 热潮,冲进去的韭菜们可能连 DeFi 是啥都没弄清楚。

当然这也不只是在币圈,哪里的韭菜都是没有记忆的,而且会一茬一茬生出来。

所以结束毒舌模式我们回到正题,以太坊的转向。

简单来说,PoS 有点像股份制,谁拥有更多的币(等于在这个项目投资更多)就有更高的概率去决定哪一个包成为链的下一个区块内容。这后面有两层意思。第一,对下一个区块的投票权,这里暗含的预设是投资越多,越重视项目的发展,也就越不会作恶选择错误的区块——不然链毁了投资就打水漂了——这也就是 Proof of Stake 的含义,用我的股份、我的利害关系,来证明我的可靠(相对的 PoW 就是用我的工作量证明我的可靠)。第二则是,因为我的 Stake 承担了风险,所以获得相应的挖矿奖励。

注意这里跟公司股份制还是有差别的,上面已经说了,只是更高的概率,股份公司投票可没有概率这回事。另外在 PoS 的发展史上兜兜转转最终还是很多使用了币天的设定,币天=持币数X持币天数,投过一次票之后天数重置为0重新累积,进一步削弱了大投资者的优势,因此 PoS 比起传统公司制是更公平和更友好的,大投资者不能投了一笔钱就永远坐享其成下去。

它的诞生自然就是针对 PoW 的两大弊端:一是资源消耗大,二是集中度高。

资源消耗大很明显,PoW 设定为了挖矿需要消耗算力去解决数学问题,随着生态发展越大算力消耗越大,比特币的算力浪费早已经是众所周知的问题——相当于一个小国家全国用的电力——尽管跟它带来的收益相比也许是值得的,但毕竟是个缺陷。

集中度高可能很多同学不理解,不是比特币全球持有人那么多,谁都可以买卖吗?怎么还集中度高呢?但其实,那么多都只是持有者,比特币的话语权,很大一部分是掌握在矿工手里的(关于历史上比特币矿工和开发者争斗的恩恩怨怨,我们有机会再八,先说一个,BCH 就是产物之一),而比特币矿工其实并不多。原因有两个,其一是很早就被指出的,比特币挖矿的规模经济效应很明显。我们这里绕过数学计算和数据,总之,有一千台矿机的矿池,因为机器的协同运作,效率远比一千台单独的矿机高。这使得比特币挖矿越来越集中到大矿池,前几的矿池几乎就拥有了全部的比特币算力(手握巨量算力的矿池当然能做也做了很多事情,包括很多龌龊的,这些狗血我们还是有机会再说)。其二是随着比特币挖矿难度越来越高,对挖矿设备要求也越来越高,如果不是用近两年的 ASIC 矿机,先不说风险,根本就没有赚钱的机会。即使是新款矿机,没有极低的电价,仍然完全不可能赚钱。所以比特币挖矿的门槛也越来越高。

其他 PoW 挖矿也是类似的情况。题外话,尽管云挖矿的概念已经很多年,至今尚未成熟。

PoS 针对这两点有了很大改进,既不消耗算力解决无用的数学问题,又没有规模效应(一千美元的效应跟一千个一美元一样),让当时的区块链圈子豁然开朗,再加上 PoW 的概念其实比特币之前就有(中本聪是已有技术的集大成者),PoS 却是区块链原创,因此 Sunny King 被很多人封神也不为过。

但是 PoS 依然有自己的问题。当年最常被提到的有两条。

第一条叫做“富者愈富”。很容易理解,大投资者更有机会挖到矿,也就是获得收益,于是会变得更富。其实 PoW 拥护者用这条来攻击 PoS 是完全站不住脚的,因为 PoW 里面这个效应更明显。越有钱的人投资越多的矿机,当然也就获得越多收益,PoW 还有规模效应呢。即使是前几年提出今年终于要上线(计划)的 Filecoin,POC 其实也有一样的问题。PoS 其实已经通过概率和币天削弱这个效应了。不过削弱多了呢,就会影响投资积极性,这个度很难把握,当年 Blackcoin 变来变去就是这个原因,现在以太坊的 Casper 仍然会有,目前还没有很完善的方案。

第二条叫做“nothing at stake”。是这样的,假设这样一个场景,全网所有的矿工同时收到两个数据包作为下一个候选区块的内容,一个正确的一个错误的。PoW 的矿工很自然都会选择正确的包,因为提交一个区块需要消耗大量算力,如果提交一个错误的区块,不被认可成了短链(短链不明白的请参考从前的比特币介绍文章),进行这部分算力的成本就全白费了,这是真金白银的损失。而 PoS 不同,同时提交两个区块,只不过是投了两次票,矿工其实没有额外的支出,反而,如果链分叉成了两条,他还可以同时获得两条链上的收益。当然大矿工是不会这么做的,因为链分叉会造成币的价值下降,但中小矿工就没那么有责任感了。就结果来说,PoS 的链就会不稳定。

Casper 对此的解决方案是,如果发现类似的恶意行为,将没收投票者的抵押品作为惩罚,听起来很合理,可是谁来确认是否恶意呢?又是个大问题。

时至今日,DeFi 兴起之后,PoS 又有了第三条弱点。通过闪电贷,攻击者可以无成本短期借入大量 PoS 代币,然后进行51%攻击,从而获利。虽然有很多应对方法(币天是其中一种,确实是非常前瞻性的设计),again,没有很完美的。

后面两条在 PoW 上都不会出现。所以回头看,比特币的 PoW 虽然粗暴且代价高昂,但是方法本身简单而有效,中本聪确实是天才。

结果就是,虽然当年点点神教气势汹汹仿佛要一统江湖,后来还是谁也打不赢谁。至于很多人在问题下拿来反驳 PoW 过时论,力挺 PoW 的“大多数项目都采用 PoW”,其实另有原因。

你想啊,PoS 是根据所持的币投票和挖矿,按照后来直至现在各项目的模式,币一开始都是在团队手里的,最多是加上几个大投资方(即使进行公开发币或者空投结果也一样,连股票市场也是这样),那还做什么去中心化的区块链啊。于是 Sunny King 的办法是,先采用 PoW 挖矿(并且在项目公诸于世之后才开始,以示自己没有预挖,比后来很多团队高尚得多),过一段时间再转到 PoS。可是到底什么时候持币分散了,可以转 PoS 了呢?。。。。。。

等到持币分散了,生态已经很大,要换共识机制就变得相当困难。。。。。。

于是我们看到了以太坊以 PoW 开始,计划后面转 PoS,一下5年过去了。。。。。。

(到这里才把问题解答清楚真是不容易。)

新项目当然不可能一开始就 PoS,而区块链领域绝大多数项目都没有发展起来,当然也就停在 PoW 了。

时至今日,区块链的共识机制之争离分出胜负尚有很遥远的路程:DPoS 约等于寡头垄断,各种BFT变种一来容错率只有三分之一(也就是34%就能攻击全网),二来无法胜任大型系统(BFT的基本算法会随着节点增加,复杂度指数级提升),PoC 更是远未成熟(虽然今年 Filecoin 大热,小磕反而不如前几年看好了,总觉得有走 EOS 老路的危险)。

而回到以太坊,其实也没有别的选择,生态大了之后 PoW 效率太低,已经被诟病了很多年非换不可,后来的各种 PoX 都站不住脚,只能投入一开始计划的 PoS 的怀抱了。Casper 在前人的基础上做了不少改进(有兴趣的同学我们下回见),不过解答知乎这个问题本文已经足够全面了。

(感觉这下挖了很多坑么)

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