与POW相比，POS的优势在哪里？
撰文：VitalikButerin
编译：Tyronepan-BifrostFinance
编者按：今天，也就是9月15日，以太坊将发生其历史上最大的协议升级——TheMerge，完成之后，共识机制将从POW转向POS。在这个特别的日子，小编带大家回味V神在2020年推特上发布的一篇名为《WhyProofofStake》的文章。V神认为，PoS共识机制下的区块链网络，比PoW更安全，面临攻击的防御措施比后者更完善，且参与验证的门槛更低。
为什么选择ProofofStake(PoS)?
相较于PoW共识机制，PoS是一种更优的区块链安全机制，主要有三个原因：
1.PoS在相同的成本下更安全
最简单的比较方法就是将两者并列，看看每天每$1的区块奖励下攻击一个网络的成本是多少。
V神：Optimism的治理体系让我为之感到自豪:6月3日消息，Vitalik Buterin 在社交媒体上发文表示，Optimisim 治理论坛中的「将 OP 的使用从治理 Token 更改为用于 Gas 支付的主网 Token」讨论是一个很好的例子，这让我为 Optimism 的治理体系 (the Citizen House) 感到自豪。Optimisim 有其他明确的目标，而不仅仅是「让 OP 价格上涨」，唯一能实现这一长期目标的途径是明确表示非 Token 持有者的利益。???[2022/6/3 4:00:04]
-基于GPU挖矿的PoW
租用GPU是很便宜的，所以攻击网络的成本只是租到足够的GPU超越现有矿工的成本。每$1的出块奖励，现有矿工应该花费$1左右的成本。因此，攻击网络只需要每天暂时花费超过$1，而且只需要几个小时。
攻击总成本：约$0.26(假设攻击时间为6小时)，随着攻击者获得出块奖励，有可能降至零。
V神：相对于Merkle树，Verkle树可将证明大小减少6-8倍:金色财经报道，V神今日发文解释了Verkle树。文章表示，Verkle树正在成为以太坊即将进行的扩容升级的重要组成部分，Verkle树提供的关键特性是，它们在证明大小方面效率更高。如果一棵树包含十亿条数据，那么在传统的二进制Merkle树中进行证明将需要大约1千字节，但在Verkle树中证明将需要少于150字节，这一减少足以使无状态客户端最终在实践中可行。V神总结称，与理想的Merkle树相比，这将允许证明大小减少6-8倍，与以太坊目前的十六进制Patricia树相比将减少20-30倍以上。此前消息，V神发布“Verkle树和状态到期”详细计划，状态到期用状态树列表替换单个状态树。[2021/6/19 23:49:14]
-基于ASIC芯片挖矿的PoW
ASIC芯片是一种资金成本，可以预期它在磨损、或被更好的硬件淘汰之前还能用2年左右。如果一条链遭到51%攻击，社区很可能会通过改变PoW的算法来应对，如此ASIC芯片将失去价值。平均来说，挖矿约1/3的持续成本和2/3的资金成本。因此，每天每$1的出块奖励，矿工将花费约$0.33的电费+维护费，还有约$0.67的ASIC成本。假设一个ASIC芯片的寿命约为2年，那么矿工需要在该数量的ASIC硬件上花费$486.67。
声音 | V神：五年过去了，加密货币基础层问题在减少，应用层问题才刚开始:近日，以太坊创始人V神在网站上刊文指出，2014 年，他曾发表一篇文章和一个演讲，其中列出了数学、计算机科学和经济学方面的难题，当时他认为这些难题对于加密货币领域的成熟至关重要。如今五年过去了，情况发生了很大变化，包括密码学、共识理论、经济学方面的16个问题中部分已经获得进展，比如权益证明、稳定币、去中心化公共物品激励等；部分进展缓慢，比如共识理论、代码混淆、信誉系统等。最后，V神提到，基础层问题正在缓慢减少，但应用层问题才刚刚开始。[2019/11/24]
攻击总成本：$486.67+$0.08=$486.75
不仅使用ASIC芯片挖矿的PoW中攻击成本变高了，提供这种高成本攻击防范的同时使得整个网络趋于中心化，因为矿工加入的门槛也变高了。
-权益证明PoS
权益证明中几乎全部是资金成本，唯一的运营成本是运行节点的成本。现在，大家愿意锁定多少资本来获得每天$1的奖励呢？与使用ASIC不同的是，存入的币不会发生折旧，当质押完成后，经过短暂的等待期便可以取回质押的币。因此，参与者应该愿意为同样数量的奖励支付更高的资金成本。
声音 | V神：并不看好大型机构区块链的设置，很难让这些区块链真正去中心化:以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）近日在接受采访时表示，创建以太坊最大的挑战不是技术上的挑战，而是社会挑战。在安全问题上，V神提出了一种社会恢复的方法，将资金存储在一个由私有密匙保护的智能合约中，其他五个密匙由其他受信任的人持有。如果私钥丢失，如果使用了5个密钥中的3个，智能合约可以被编程来恢复钱包。他还谈到，5G技术和更快的互联网连接将极大地提升区块链的可扩展性。V神表示，在尝试提高事务吞吐量方面正在进行大量研究。V神还说，在过去的五年里，每当大型机构开始谈论区块链，他们往往会关注区块链的设置。他表示：“我不是特别看好它们，我认为很难让这些区块链真正去中心化，让人们信任它们。”（AMBCrypto）[2019/10/31]
我们假设，约15%的回报率足以激励人们去押注。那么，每天$1的奖励将吸引6.667年的存款回报，即$2433。一个节点的硬件和电费成本很少，而一台千元电脑的成本可支持质押几十万元美元的资金，每个月约$100的电费和网费足以满足这样的需求。但保守的说，这些持续成本占到了质押总成本的10%左右，所以每天只有约$0.9的奖励，最终对应的是资金成本，所以需要把上面的数据减少约10%。
声音 | V神：以太坊2.0扩张性将增强:据Money Today消息，今日，以太坊创始人V神对于即将到来的以太坊2.0表示:“将通过POS和分片技术，在现有网络上改善扩张性问题。希望有很多人使用‘以太坊2.0’的日子到来。以太坊2.0带来的变化大致有两种：将POW算法变更为PoS，以及Sharding（分片技术）”。[2019/4/3]
攻击总成本：$0.9每天*6.667年=$2189
从长远来看，随着质押率的提高，这一成本预计会更高。我个人预计这个数字最终会上升到$10000左右。
维持这种安全体系唯一的“成本”只是在于押注中的资产不具有流动性。甚至可能会出现这样的情况：公众知道这些资产都被锁起来会导致币价上升，所以在社区里漂浮着准备进行投资的资金总量保持不变!而在PoW中，维持共识的“成本”是消耗大量的电力。
-安全性更高还是成本更低？
有两种方式可以在低成本中实现5-20倍的安全增益。一种是保持出块奖励不变，从提高安全性中获益；另一种是大规模减少出块奖励，保持安全水平不变。
两种方式都可以。我个人更倾向于后者，因为我们在下面会看到，在权益证明中，即使是成功的攻击也比工作量证明的攻击危害要小得多，也容易恢复得多!
2.在PoS共识机制下，受到攻击更容易恢复。
在PoW网络中，如果你的链受到链51%攻击，你都能做什么？到目前为止，实践中唯一的应对措施就是“等到攻击者主动撤销攻击”。但这忽略了一种更危险的攻击可能性，这种攻击叫做产卵营攻击，攻击者一次又一次地进行攻击，目的很明确，就是为了使整条链瘫痪。
在一个基于GPU的系统里，没有任何防御措施，一个持久性的攻击者可以轻而易举地使整条链永久瘫痪。事实上，在进行攻击的几天后，攻击者的成本可能降至非常低，因为诚实的矿工无法在被攻击的链中得到出块奖励，从而退出。
在基于ASIC的系统中，社区可以应对第一次攻击，但随后又变得束手无策。首先社区会通过硬分叉改变PoW算法来应对第一次攻击，从而将所有ASIC“锁定”。但如果攻击者愿意承受这最初的费用，在这之后情况就会恢复到与GPU的情况一样，所以攻击者可以廉价地继续产卵营攻击，这是不可避免的。
当然在PoS的情况下会好很多。对于某些类型的51%攻击，在权益证明中有一个内置的“惩罚”机制，通过这个机制，攻击者的大部分股权将被自动销毁。对于其他更难发现的攻击，社区可以在少数用户激活的软分叉上进行协调，攻击者的资金再次被大部分销毁。不需要明确的“硬分叉货币消除”，除了要求在UASF上协调选择少数区块外，其它都是自动的，只需要按照协议规则执行即可。
因此，第一次攻击该链将使攻击者损失数百万美元，而社区将在几天内恢复正常。第二次攻击仍然会让攻击者损失数百万美元,因为他们需要购买新币来替换被销毁的旧币，而第三次则会花费更多的成本。这个游戏是不对称的，对攻击者非常不利。
3.相比ASIC，PoS更加去中心化。
基于GPU挖矿的PoW是合理去中心化的，得到一个GPU并不难。但基于GPU的挖矿在我们上面提到的“安全性“标准上基本不合格。而基于ASIC的挖矿，则需要几百万美元的资金才能进入。
这也是常见的“权益证明意味着富人更富“论点的正确答案。ASIC的挖矿也意味着富人更富，而且这个游戏只限于富人。至少在PoS中，质押所需的最低金额相当低，很多普通人都能承受。
另外，PoS更耐审查。GPU和ASIC挖矿都是非常容易被发现的：它们需要大量的电力消耗、昂贵的硬件采购和大型仓库。而PoS则可以在一台不起眼的笔记本电脑上完成，甚至可以通过VPN完成。
PoW的优势
我认为PoW有两个真正优势，尽管我认为这些优势很薄弱。
1.PoS更像是一个“封闭的系统”，财富集中需要很长时间。
在PoS中，如果你有一些币，你可以质押它们获得更多的奖励。在PoW中，你可以不停赚取更多奖励，但你需要更多外部资源。因此，我们可以说从长期来看，PoS中币的分配有可能变得越来越集中。
在PoS中普遍的奖励很低；在以太坊2.0中，我们预计每年的验证人奖励相当于ETH的总供应量约0.5-2%，而验证人越多，利息就越低。因此，集中化可能需要一个多世纪的时间才能翻倍，而在这样的时间尺度上，其它的压力很可能会占据主导地位。
2.PoS需要“弱主观性”，PoW则不需要
关于“弱主体性“的概念，。本质上，当一个节点第一次上线，或任何一个节点在离线很长一段时间后上线时，该节点必须找到一些第三方来源来确定正确的链头。这可能是他们的朋友、交易所、区块搜索网站、客户端开发者等等。但PoW没有这个要求。
可以说这个要求很容易实现，用户需要在某种程度上信任客户端开发者或社区所提供的内容。至少，用户需要相信有人来告诉他们协议是什么，以及协议的任何更新。这在任何软件应用中都是不可避免的。因此，PoS所带来的边际额外信任要求还是相当低的。
即便此间可能确实存在一定风险，但我还是相信PoS网络拥有远超于PoW网络的效率以及恢复能力。
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