PoW vs PoS：区块链共识机制大揭秘

工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）：区块链共识机制的对比

区块链网络为了确保交易的有效性，采用了不同的共识机制。工作量证明（PoW）是最早的共识机制之一，由中本聪创立，被认为是安全性较高的选择。相对较晚出现的权益证明（PoS）则在许多替代币项目中得到应用。除了比特币之外，PoW 还被以太坊（ETH）和莱特币（LTC）等主要加密货币采用。而 PoS 则被币安币（BNB）、索拉纳（SOL）、卡尔达诺（ADA）等替代币所使用。以太坊计划在2022年从 PoW 切换到 PoS。

工作量证明（PoW）及其工作原理

PoW 是比特币网络及其它许多加密货币采用的共识算法，用以防止双重支付。它由中本聪在2008年发布的比特币白皮书中提出。PoW 决定了比特币区块链如何实现分布式共识，用于在无需第三方中介的情况下验证点对点交易。

在像比特币这样的 PoW 网络中，交易由矿工验证。矿工们使用大量资源确保网络的安全和正确运行。他们的任务之一是创建和验证交易块。为了争取验证下一块的权利，矿工们需要使用高度专业化的挖矿硬件来解决复杂的数学难题。第一个解决这些数学问题的矿工将获得添加其块到区块链的权利，并获得块奖励。块奖励由新生成的加密货币和交易费用组成。截至2021年12月，在比特币区块链上，一个成功的矿工可以从每个块奖励中获得6.25 BTC 加上交易费用。然而，由于一种称为减半的机制，每210,000个块（约每四年）新生成的 BTC 数量会减少50%。

权益证明（PoS）及其工作原理

PoS 是2011年作为 PoW 的替代方案引入的共识算法，旨在克服 PoW 网络的可扩展性限制。它是第二受欢迎的算法，被币安币（BNB）、索拉纳（SOL）和卡尔达诺（ADA）等加密货币采用。虽然 PoW 和 PoS 的目标相同，都是为了在区块链上达成共识，但 PoS 以不同的方式决定谁来验证交易块。PoS 区块链上没有矿工，取而代之的是依靠持有的加密货币来验证块的验证者。

要有资格验证一个块，参与者需要在区块链上的特定智能合约中锁定一定数量的代币，这个过程称为质押。PoS 协议然后会根据参与者的持有量（质押量）随机或按比例选择一个参与者来验证下一块。被选中的验证者可以从他们验证的块中获得交易费用作为奖励。通常，质押的代币越多，被选中的机会就越大。

工作量证明与权益证明的区别

尽管两者都是确保区块链网络安全的共识机制，但它们之间存在一些差异。主要区别在于 PoW 和 PoS 如何决定哪个参与者验证新交易。以下是两者的比较表格：

权益证明是否优于工作量证明？

PoS 的支持者认为它在可扩展性和交易速度方面优于 PoW。此外，PoS 被认为对环境影响较小。然而，PoW 的支持者认为，作为一种较新的技术，PoS 仍需证明其在网络安全方面的潜力。PoW 网络需要大量资源（挖矿硬件、电力等），这使得攻击成本更高，尤其是对于像比特币这样的最大 PoW 区块链。

如前所述，以太坊预计在以太坊2.0升级中从 PoW 切换到 PoS。以太坊2.0是长期期待的升级，旨在提高以太坊网络的性能并解决其可扩展性问题。实施 PoS 后，拥有至少32 ETH 的任何人都可以参与质押，成为验证者并获得奖励。

集中化风险

在 PoW 区块链上，挖矿涉及使用计算能力对块数据进行哈希，直到找到有效解决方案。对于当今的主要加密货币来说，找到解决方案变得越来越困难，而猜测大量哈希值的过程在硬件和电力上可能是昂贵的。因此，一些矿工更倾向于将他们的挖矿资源集中在挖矿池中，以增加获得块奖励的机会。一些大型挖矿池投资数百万美元并控制数千台 ASIC 挖矿硬件，以产生尽可能多的哈希能力。截至2021年12月，前四大挖矿池共同控制了大约50%的比特币总哈希能力。挖矿池的主导地位使得个人加密爱好者单独挖到块变得更加困难。尽管如此，挖矿仍然是分散的，没有单一实体能够控制网络上的确认。如果发生这种情况，可能会发生51%攻击，网络将失去其价值。一些人认为，虽然挖矿仍然是分散的，但它不再是高度分散的。某些地区、挖矿设备生产商和能源生产商仍然主导着挖矿，减少了 PoW 区块链的整体分散性。

PoS 共识机制采取了不同的方法，用质押取代了挖矿能力。这种机制降低了个人确认交易的进入门槛，减少了对位置、设备等因素的依赖。你的质押量仅仅由你持有的代币数量决定。然而，大多数 PoS 网络要求你运行一个验证者节点来开始确认交易。这可能成本高昂，但不如几台挖矿设备那么高。用户然后将他们的代币质押在特定的验证者后面，给我们带来了类似于挖矿池的模型。因此，尽管 PoS 对普通用户来说参与更容易，但它仍然容易受到与挖矿池相同的集中化问题的影响。

安全风险

除了集中化风险之外，事实是前四大挖矿池控制了比特币网络的大部分哈希能力，可能增加了51%攻击的风险。51%攻击是指一个恶意行为者或组织设法控制超过50%的总网络哈希能力，对区块链系统的安全性进行潜在攻击。攻击者可以覆盖区块链共识算法并进行有利于自己的恶意行为，如双重支付、拒绝或更改交易记录，或阻止他人挖矿。然而，由于比特币网络的规模，这种情况不太可能发生。

相比之下，如果有人要攻击一个 PoS 区块链，他们将不得不拥有网络上超过50%的代币。这将导致市场需求和代币价格上涨，可能会花费数十亿美元。即使他们确实实施了51%攻击，他们质押的代币价值也会随着网络受到损害而大幅下降。因此，对于使用 PoS 共识的加密货币来说，特别是如果它是一个大市值的加密货币，发生51%攻击的可能性不大。

权益证明的缺点

许多人认为 PoS 是 PoW 的更好替代方案，但值得注意的是 PoS 算法也有其不足之处。由于奖励分配机制，质押更多资产的验证者可以增加验证下一块的机会。一个验证者积累的代币越多，他们可以质押和赚取的代币就越多，有些人批评这是在“让富人更富”。这些“更富有”的验证者还可以影响网络上的投票，因为 PoS 区块链通常赋予验证者治理权利。

另一个担忧是对于采用 PoS 的小市值加密货币的安全风险。如前所述，对于像 ETH 或 BNB 这样的更受欢迎的加密货币来说，发生51%攻击的可能性不大。然而，价值较低的较小数字资产更容易受到攻击。攻击者可能能够获得足够的代币来对其他验证者获得优势。他们可以通过经常被选为验证者来利用 PoS 系统。他们赚取的奖励然后可以用于进一步的质押，并增加他们在下一轮中被选中的机会。

结语

工作量证明和权益证明在加密生态系统中都有其地位，很难确定哪种共识协议更有效。PoW 可能因挖矿过程中产生的高碳排放而受到批评，但它已被证明是保护区块链网络的安全算法。然而，随着以太坊从 PoW 转向 PoS，权益证明系统在未来可能会受到更多新项目的青睐。