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POS:最易于小白讀透的POW和POS概念詳解(內含波卡)

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有點長,收藏慢慢看,這篇沒配圖。

工作量證明最早是一個經濟學名詞,指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明,用來確認你做過一定量的工作。早在比特幣出現之前就已經有人探索。

哈希運算是一種最常見的工作量證明機制,即通過計算碰撞出符合條件的哈希值來確定系統做過一定的工作量,此外,你也可以利用卷積求導、大質數分解這些復雜的運算來達到工作量證明的目的。

挖礦即找到合適的哈希值,找到合適的哈希值消耗的計算、內存、電力等能源即為工作量。挖礦本質是一個數學計算過程,有一個“難度值”變量在不斷變化,以維持BTC網絡10分鐘出一個塊。難度值可調整。

上面這段話可以解釋為什么過去有那么多山寨幣,因為只需要稍微改一下POW參數就可誕生一種新的出塊時間的山寨幣,但其本質和BTC并無任何區別(沒有任何智能合約應用,沒有任何實際擁有),然后大肆宣傳欺騙小白。

ETH上的智能合約,也可通過僅修改一些參數值來發行新幣,但沒給出實際的應用。先發幣再說項目,這就是為什么2017 ICO項目,在市場熱度下如雨后春筍,但最后落得一地雞毛。

LayerZero鏈上活躍賬戶總量突破130萬個:金色財經報道,LayerZero數據顯示,Arbitrum鏈上活躍賬戶總量已突破130萬,本文撰寫時已創建賬戶總量為1,369,757個。昨日鏈上交易筆數為1447571個。

此前消息,全鏈互操作性協議LayerZero的開發團隊LayerZero Labs表示,本月即將發布激動人心的公告,請保持關注。[2023/5/10 14:54:09]

純粹的POS已經在市場上被淘汰,不多說。目前留存的都是POS的變種。比較有名的是EOS的DPoS (Delegated Proof of Stake)?授權股權證明機制和Polkadot的NPOS?(Nominated Proof of Stake) 提名股權證明機制。都是持幣者把自己的幣質押給節點,節點負責出塊維護網絡,如果你投的節點有塊被納入了最終的鏈上,你就能獲得符合投票比例的分紅,這個分紅相當于比特幣網絡里的出塊獎勵。

這和做生意投資很像,有人融資做事,你投,賺了一起按比例分,虧了按比例虧(如果不出塊,或者驗證了錯誤的塊,網絡會沒收這個節點的幣),也就是在POS里面,正確很重要,認真干活,正確做事才能拿到網絡獎勵。

薩爾瓦多總統:比特幣在全世界都被使用:金色財經報道,Bitcoin Magazine在社交媒體發文稱,薩爾瓦多總統表示,“比特幣在全世界都被使用,甚至在它被禁止的地方。這是不可審查的。”[2023/3/6 12:43:53]

兩相比較,POW像古時的比武,誰算力大誰就更容易碰出隨機值贏得比賽獲得獎勵。POS則是文明人的游戲規則,大家合作共贏,共享盛宴,不管投給節點的票多還是少,只要是能為網絡持續工作的節點,都會獲得網絡的獎勵。

總結:POW機制是干的越多,得到越多;POS機制是持有越多,獲得越多。

補充:EOS的DPOS只選取21個大節點,獲得多少的網絡獎勵是由質押幣數量多少決定。Polkadot的NPOS有1000個節點,節點勝出是根據質押幣數量和幣地址分散度共同決定,且只要是有效節點,無論質押幣的總數是多少,都會給每個節點發放同等數量的DOT作為獎勵。

這說明DPOS容易造成大戶聯合合作,使網絡中心化、內卷化競爭,NPOS則更加去中心化,因為要滿足足夠多的代幣持有者足夠地分散,這是一個進步,是一個行業發展合理但又驚喜的進步。

IntoTheBlock:加密市場出現底部信號,但宏觀環境仍然不穩定:1月23日消息,加密貨幣分析平臺IntoTheBlock表示,盡管鏈上數據暗示加密資產熊市底部,但整體宏觀環境仍然不穩定。IntoTheBlock發現,長期比特幣持有者或擁有BTC至少一年的交易者的BTC數量在2022年激增,此類投資者以在熊市期間購買BTC并創造支撐位而聞名。“在2022年,我們看到持有一年以上的地址(Hodlers)擁有的比特幣數量從1000萬枚BTC增加到1500萬枚BTC,增長50%。這種模式在以前的熊市中已經被觀察到,只有在(價格)創下新高之后,Hodlers的余額才會下降。”

此外,目前有一半的比特幣持有者處于虧損狀態,最近幾次比特幣價格在熊市觸底時也是這樣的情況。(The Daily Hodl)[2023/1/23 11:26:52]

當然無論POW還是POS,其中最重要的因素還是代幣的經濟價值,經濟價值越高需要攻擊網絡的成本就越高。這個不在這討論。

1、公平性

POW公平的把記賬權分派給節點,但容易形成算力集中化,財團抱團,個體難參與。POS有很多變種,但波卡的NPOS保證了節點被隨機性分散化組合,比POW更加公平。

Glassnode:幣安在過去30天里流出32億美元的穩定幣:金色財經報道,在Glassnode追蹤的所有交易所中,穩定幣在過去30天里累計流出48億美元,其中幣安流出32億美元,占穩定幣流出量的66%。[2022/12/16 21:48:09]

2、網絡性能

比特幣和以太坊的擁堵已經有目共睹,但是在區塊鏈逐漸崛起的時代,如果往后需要更多的區塊鏈,怎么保證吞吐量和安全?

(1)吞吐量:

POS系統可容納的吞吐量比POW鏈高。

因為POS共識協議并不以浪費一些現實能耗為基礎,區塊時間和協議就可以更快的發生,這一點的邏輯是:POW面臨的挑戰的解決方案是不必在確定一個塊之前就找到,因此創建一個塊的開銷可以減少到只需要創建和分發塊的成本。

(2)安全性:

POW的安全性靠算力,POS的安全性主要靠代幣分散化持有且綁定。

POS系統的安全通過綁定的資產保護,而不是類似POW需要花費很多消耗(花費流動性機會成本以及消耗電力)。POS的工作方式是選擇一組具有已知經濟身份的驗證者,鎖定代幣,以換取獲得“驗證”或參與共識過程的權利。如果他們發現執行了錯誤的程序,就會被懲罰:部分或者全部的鎖定代幣會被銷毀。這對不良行為提供了很好的抑制作用。POW沒有類似的獎懲機制,僅僅是損失算力(電力)成本而已。

英國財政大臣暗示將進一步減稅,英鎊跌至歷史新低:9月26日消息,盡管金融市場對英國財政大臣夸滕的財政政策給出了嚴厲的評價,但在其誓言將繼續推進更多的減稅政策之后,英鎊暴跌超過4.5%,創下歷史新低。

上周五英國政府公布的“增長計劃”之后出現對英鎊的拋售,在市場進入新一周之際幾乎沒有減弱的跡象。在周一亞盤交易時段,英鎊兌美元跌至紀錄低點。如果本周繼續下跌,英國可能會從一場短期的尷尬走向更深刻的危機,從而迫使政府做出迅速的政策回應。(金十)[2022/9/26 7:21:06]

破壞POW系統需要掌握51%以上算力,目前,排名前三的礦池算力加在一起已經超過51%,但攻擊從未發生過。因為只要發生一次51%的攻擊,比特幣網絡的金字招牌“可信度”就蕩然無存,幣價跳水,這對靠挖礦獲得幣而從而獲得收益的礦工及其不劃算,何必自己砸自己。也就是說攻擊的代價會極大可能的高于誠實挖礦,所以都選擇不攻擊,這是個博弈的問題。(實際高于30%就可以發起攻擊,但是高于51%就是鐵定會攻擊成功)。

傳統POS鏈的共識需要2/3以上的驗證者組同意所有發生在layer1上的事務:所有作為鏈狀態機一部分的邏輯都要被認可。即,每個人都需要驗證網絡所有的信息。然而,驗證者可能基于收到異步網絡不同的信息,對系統有不同的看法。這讓對鏈最新狀態達成一致變得困難。

意思是說,POS的吞吐量更高,更加節能,創建一個區塊消耗的時間成本和網絡資源成本更低。但是POS需要全網2/3的驗證者達成共識才能確定網絡的最新狀態,驗證者們可能收到異步網絡的不同信息,對系統的最新狀態看法不一致,這就會導致網絡的最新狀態不容易確認。

這也是波卡極致分片架構設計的考慮點之一:不需要每個節點參與者驗證每一筆交易,只需要每個節點參與檢查一部分交易即可。每個節點參與者檢查交易的某些子集,就使得拜占庭中有了足夠的冗余,任意惡意的參與者就無法潛入無效的交易中,至少在沒有被發現并受到削減的情況下,這些交易不能被還原,即在那些交易被恢復的情況一定會被發現受到懲罰。

另外,很多人喜歡拿以太坊和波卡做對比,從技術上來說,波卡是更新的一代,自然更高級。但客觀的看待以太坊,它在最初創立的時候就想用POS共識,但當時POS共識還不如現在成熟,且POW的可靠性高,所以選擇了后者,后者正是由于其對出塊的時間的限制,網絡轉賬更可靠,更能減少惡意交易,這和利用POW算法來杜絕垃圾郵件是一個道理。

與此同時,需要注意的是,POW是概率性共識,可能網絡中的兩個節點同時碰撞出同一個正確的哈希值,這個時候就會出現我們說的硬分岔(概率性終態確定)。

POS的共識,是確定了參與驗證的節點集合,這些節點采用的是類PBFT共識,類似于有序輪換者出塊。變種的波卡的NPOS是需要首先超過一半的簽名才算有效,簽名者不可以重復,這保證了每一輪只可能有一個節點獲得出塊權,是一種確定性的共識?。

由此可見,一般POS的安全性是低于POW的,因為驗證人集合已知,而且數量不多,不像POW需要足夠算力才能攻擊,POS中聯合驗證人中一定比例的節點作惡就能攻擊。那么如何提高POS的安全性呢?

(1)懲罰機制:即消減(slash)或者沒收(chill);

(2)與多種算法協作,取長補短:好比波卡的分片和POS結合在一起相互協調,利用架構的交互性,集中資金保護所有鏈:允許一條平行鏈的Host可以為很多平行鏈提供完全的安全保證,而不是部分資金保護部分鏈,形成資金低效和浪費的狀態;甚至不需要所有參與者檢查所有的狀態轉換。同時又結合了隨機選舉驗證者節點組和GRANDP&BABE來保證網絡整體運行安全。

綜上,在網絡性能方面,POS的吞吐量更高,安全性能需要多種算法協作。

3、資源利用

POS算法幾乎沒有資源消耗,唯一消耗的是網絡帶寬資源。POW挖礦經歷了CPU/GPU/ASIC芯片一系列的迭代,這些都是為了更加高效地挖出幣,過程中消耗大量電力、算力、以及硬件資源,可以說是資源浪費。但換個角度,POW挖礦形成了一套完整的產業鏈:水電站、網絡、礦機制造等等,只是網絡找到合適的哈希值實際上并沒有其他的作用,僅僅是挖到了幣。

4、去中心化

在波卡的NPOS出現之前,無論是POW還是POS,都會逐漸演化出權利集中的問題。傳統POS存在大戶互相投票,互相推舉為大節點的現象,讓老百姓參與的機會少;且由于沒有民主公投這樣的明確網絡問題解決機制,就形成了和POW礦池挖礦類似的價值回路必須要通過外部輸入,其安全性不直接與使用者相關,而是要通過大節點或者礦工這類媒介來完成(不過筆者以為挖礦集中化和專業是很正常的事情,天下熙熙皆為利來,天下攘攘皆為利往。只是集中化帶來的結果違背了區塊鏈網絡初衷)。

綜上所述:

POW是靠誰的算力大取勝獲得網絡獎勵,但并不是算力大就一定能獲得,且會造成資源浪費;POW雖然網絡慢,但是可靠性更高。

POS是靠質押綁定來獲得獎勵,質押的多獲得的多,沒有額外的消耗。網絡安全性相對更弱,但可通過與其它算法協同合作來提高安全性。

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