PoW vs PoS：区块链共识机制详解

工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）：区块链共识机制

区块链网络通过不同的共识机制来确保交易的有效性。工作量证明（PoW）是首创的共识机制，由中本聪提出，被许多人认为是最安全的选择之一。权益证明（PoS）随后出现，如今在多数替代币项目中使用。

除了比特币外，PoW 还被以太坊（ETH）和莱特币（LTC）等主要加密货币采用。相比之下，PoS 则被币安币（BNB）、索拉纳（SOL）、卡尔达诺（ADA）等替代币使用。值得注意的是，以太坊计划在2022年从PoW切换到PoS。

什么是工作量证明（PoW）及其工作原理？

工作量证明（PoW）是比特币网络及许多其他加密货币采用的共识算法，旨在防止双重支付。中本聪在2008年发布的比特币白皮书中首次介绍了这一概念。PoW 决定了比特币区块链如何达成分布式共识，用于验证点对点交易，无需第三方中介。

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安全、正确运行。他们创建并验证交易块。为了竞争验证下一块的权利，矿工需要使用高度专业化的挖矿硬件来解决复杂的数学难题。第一个找到有效解决方案的矿工有权将其区块添加到区块链中，并获得我们称为区块奖励的奖励。区块奖励由新生成的加密货币和交易费组成。每个网络的区块奖励中的加密货币数量各不相同。例如，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区块奖励中获得6.25 BTC加上费用。然而，由于一种称为减半的机制，每210,000个区块（约每四年）新生成的BTC数量会减少50%。

什么是权益证明（PoS）及其工作原理？

权益证明（PoS）是2011年作为PoW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。PoS是加密货币（如币安币（BNB）、索拉纳（SOL）和卡尔达诺（ADA））采用的第二大流行算法。虽然PoW和PoS有相同的目标——在区块链上达成共识，但PoS在决定谁验证交易块的方式上有所不同。PoS区块链上没有矿工，取而代之的是验证者依靠他们持有的加密货币来参与验证。

要有资格验证区块，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协议然后会分配一个参与者来验证下一区块。根据网络的不同，这种选择可以随机进行，也可以根据他们的持有量（质押量）来决定。被选中的验证者可以从他们验证的区块中获得交易费作为奖励。通常，他们锁定的代币越多，被选中的机会就越大。

工作量证明与权益证明的区别

虽然PoW和PoS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。主要区别在于它们如何决定哪个参与者验证新交易。让我们看一下下表以更清晰地理解：

权益证明是否优于工作量证明？

权益证明的支持者认为，PoS在可扩展性和交易速度方面比PoW有优势。此外，PoS代币对环境的危害也被认为比PoW小。然而，许多PoW支持者认为，作为一种较新的技术，PoS在网络安全方面尚未证明其潜力。PoW网络需要大量资源（挖矿硬件、电力等），这使得它们攻击成本更高，尤其是对最大的PoW区块链比特币而言。

如前所述，以太坊（ETH）预计将在以太坊2.0升级中从PoW切换到PoS。以太坊2.0是对以太坊网络的长期期待升级，旨在提高其性能并解决其可扩展性问题。在以太坊实施PoS后，任何拥有至少32个ETH的人都可以通过质押成为验证者并获得奖励。

集中化风险

在工作量证明区块链上，挖矿涉及使用计算能力来哈希区块数据，直到找到有效解决方案。对于今天的主要加密货币来说，解决方案变得越来越难以找到，而猜测大量哈希的过程在硬件和电力方面可能非常昂贵。因此，一些矿工更喜欢将他们的挖矿资源集中在挖矿池中，以增加获得区块奖励的机会。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，以生成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独自挖到区块变得更加困难。

那么，挖矿的去中心化程度如何？一方面，仍然没有单一实体可以控制网络上的确认。如果发生这种情况，可能会发生51%攻击，网络将失去其价值。有人可能会争辩说，虽然挖矿仍然是去中心化的，但它不再是高度去中心化的。某些地区、挖矿设备生产商和能源生产商仍然主导挖矿，减少了工作量证明区块链的整体去中心化程度。

权益证明共识机制采取了不同的方法，用质押取代挖矿能力。这种机制降低了个体确认交易的进入门槛，减少了对位置、设备和其他因素的依赖。你的质押量仅由你拥有的代币数量决定。

然而，大多数PoS网络需要你运行一个验证节点来开始确认交易。这可能运行起来成本高昂，但不如几个挖矿设备那么高。用户然后在某些验证者后面质押他们的代币，给我们带来了与挖矿池相似的模式。因此，虽然权益证明对普通用户来说更容易参与，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，事实是比特币网络的前四大挖矿池拥有大多数哈希能力，这可能增加了51%攻击的风险。51%攻击是指一个恶意行为者或组织通过控制超过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恶意行为以自利，如双重支付、拒绝或更改交易记录，或阻止其他人挖矿。然而，由于其网络的规模，这种情况在比特币上不太可能发生。

相比之下，如果有人要攻击一个PoS区块链，他们必须拥有网络上超过50%的代币。这将导致市场需求和代币价格上涨，可能花费数十亿美元。即使他们确实实施了51%攻击，随着网络受到损害，他们质押的代币价值将大幅下降。因此，在使用PoS共识的加密货币上，尤其是大市值的加密货币上，发生51%攻击的可能性不大。

权益证明的缺点

许多人认为权益证明是工作量证明的更好替代方案，但值得注意的是，PoS算法也有其缺点。由于奖励分配机制，质押更多资产的验证者可以增加他们验证下一区块的机会。验证者积累的代币越多，他们可以质押并赚取的代币就越多，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。

另一个担忧是采用PoS的小市值加密货币的安全风险。如前所述，像ETH或BNB这样更受欢迎的加密货币不太可能发生51%攻击。然而，价值较低的小型数字资产更容易受到攻击。攻击者可能能够获取足够的代币来对抗其他验证者。他们可以通过频繁地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位置，很难确定哪种共识协议效果更好。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，权益证明系统可能会在未来被新项目更多地青睐。