科普从工作量证明到权益证明PoS机制

一、工作量证明

工作量证明(ProofofWork,简称PoW)通常只能从结果证明,因为监测工作过程通常是烦琐且低效的。

比特币在区块的生成过程中使用了PoW机制,一个符合要求的区块哈希值由N个前导零构成,零的个数取决于网络的难度值。要得到合理的区块哈希值需要经过大量的尝试计算,计算时间取决于机器的哈希运算速度。当某个节点提供出一个合理的区块哈希值,说明该节点确实经过了大量的尝试计算,当然,这并不能得出计算次数的绝对值,因为寻找合理的哈希值是一个概率事件。当节点拥有占全网。%的算力时,该节点即有^/。的概率找到区块哈希值。

PoW依赖机器进行数学运算来获取记账权,资源消耗大、共识机制高、可监管性弱,同时每次达成共识需要全网共同参与运算,性能效率比较低,容错性方面允许全网50%节点出错。

  • PoW的优点:完全去中心化,节点自由进出。

  • PoW的缺点:目前比特币已经吸引全球大部分的算力,其他再使用PoW共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全;挖矿造成大量的资源浪费;共识达成的周期较长。

  • 使用PoW的项目有:比特币、以太坊前三个阶段——Frontier(前沿)、Homestead(家园)、Metropolis(大都会)。以太坊的第4个阶段,即Serenity(宁静),将采用权益证明机制。

二、权益证明

权益证明(ProofofStake,简称PoS)由“QuantumMechanic”2011年在比特币论坛讲座上首先提出,后经Peercoin(点点币)和NXT(未来币)以不同思路实现。

PoS的主要理念是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比,相比PoW,其在一定程度上减少了数学运算带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升,但依然是基于哈希运算,竞争获取记账权的方式,可监管性弱。该共识机制的容错性和PoW相同。它是PoW的一种升级,根据每个节点所占代币的比例和时间,等比例地降低挖矿难度,从而加快找到随机数的速度。

在PoW中,一个用户可能拿1000美元来购买计算机,并加入网络来挖矿以此产生新区块,从而得到奖励。而在PoS中,用户可以拿1000美元购买等价的代币,并把这些代币当作押金放入PoS机制中,这样用户就有机会产生新区块而得到奖励。

总体而言,这个系统中存在一个持币人的集合,他们把手中的代币放入PoS机制中,这样他们就变成验证者。比如对区块链最前面的一个区块而言,PoS算法在验证者中随机选取一个(选择验证者的权重依据他们投入的代币量,比如一个投入押金为10000代币的验证者被选择的概率是一个投入1000代币验证者的10倍),给他权利产生下一个区块。如果在一定时间内,这个验证者没有产生一个区块,则选出第二个验证者代替产生新区块。与PoW—样,PoS以最长的链为准。

权益证明pos

图2-80PoS算法随机选取

随着规模经济(指扩大生产规模引起经济效益增加的现象)的消失,中心化所带来的风险减小了。价值1000万美元的代币带来的回报不多不少,是价值100万美元代币的10倍,不会有人因为负担得起大规模生产工具而得到不成比例的额外回报。

  • PoS的优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间;不再需要大量消耗能源去挖矿。

  • PoS缺点:还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点;所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击影响,例如,以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉,而ETC随之出现,事实上证明了此次硬分叉的失败。

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