POS:pos能否替代pow仍然是個迷？

密碼學貨幣圈子內外，越來越多人寄希望于權益證明（Proof-of-stake，PoS）既能為我們貢獻密碼學貨幣的優點、又能避免工作量證明（Proof-ofwork，PoW）的耗能屬性。這種愿望終將落空，因為 Paul Sztorc 在 2015 年就在 “nothing is cheaper than proof of work” 一文中討論過這個問題了（中文譯本）。PoS 只是混淆了成本，但不可能消除它們。在此，我想講講為什么 PoW 就像民主制：它是最壞的一種辦法，但卻是唯一能用的。

本文不討論密碼學貨幣的安全性是否 “值得” 付出那么大的代價，僅關注 PoS 是不是一個有效率的方法。

最好的密碼學貨幣會用最便宜的辦法獲得安全性

要想合理地比較 PoW 和 PoS 我們需要把成本（碳足跡）和好處（區塊鏈安全性）都考慮進去。所以，我們的問題既可以是 “要想獲得給定的安全性，權益證明的環境成本是否更低”，也可以是 “給定成本，權益證明能獲得更高的安全性嗎”？這兩個問題在邏輯上是等價的。在本文中，我們會采取第二種問法：

貨幣不是魔法。貨幣要流通就必須有一定的安全性，而獲得安全性的辦法有效率之別；而效率最高的技術，也會有最小的環境碳足跡。這是一個非常有用的思考角度，因為它讓我們聯想到一條深刻的經濟規律：邊際收益等于邊際成本。一條區塊鏈，花費了 X 元在安全上，那就意味著礦工會花費總計 X 元來競爭這個獎勵。

這是一條牢不可破的關于競爭的經濟規律。任何花費少于其所得的礦工，都會被那些愿意花費更多的礦工擊敗；而任何花費多于其所得的礦工，最終都會破產。一條區塊鏈花費 X 元在安全上，最終總會導致礦工花費 X 元來保衛這條區塊鏈。不同類型的開支的比重可能會變化，但所有開支加起來就會是 X 元。這差別就跟一斤棉花和一斤鐵一樣。

Solana Labs聯合創始人：PoW受算力的控制比PoS受權益的控制更多:金色財經報道，Solana Labs聯合創始人Anatoly Yakovenko在社交媒體表示，PoW受算力的控制比PoS受權益的控制更多。在PoS機制中，任何人都可以在任何時候否決任何決定，并在不損失狀態的情況下自行分叉，并以最小的硬件成本實現與母鏈類似的安全水平。而在PoW機制中，創建一個具有類似安全性的分叉成本與母鏈的成本相等。因此，少數用戶無法擁有否決權。[2022/9/22 7:15:01]

電力只是一部分，不是全部

人們說 “比特幣浪費能源” 的時候，他們的意思是需要用電來驅動生產比特幣區塊的挖礦設備；諷刺的是，一方面，這部分能源顯然不是比特幣網絡運行所用能源的全部，而只是一部分；另一方面，這部分又是最直接用來保護區塊鏈的部分，因此是 最少 浪費的。要全面計量比特幣的碳足跡，我們也要考慮硬件成本（制造和報廢的成本）以及正常的商業運營的成本（要裝修一個體面的辦公室，還要飛來飛去參加比特幣大會）。后面這兩類成本更模糊，更難以估計。但要理解整個系統會造成什么影響，它們也是同樣重要的。

這三類活動，每一種都會有浪費。比特幣網絡無可避免會出現孤塊，那挖出這個孤塊的能量就浪費掉了。有些硬件造是造出來了，但運行效率沒有做到盡善盡美。有些運營開銷是必要的，有些則只是換個地方喝喝茶。一種開支越是與驗證區塊鏈的實際工作緊密關聯，它換得區塊鏈安全性的效率越高。類似于機器在自由度更少的時候效率會更高：多一個部件就會多一些無用功。經濟系統也是同樣的道理 —— 結構越多，效率越低。

AAVE新提案：Aave DAO應在以太坊合并上明確立場，承諾支持POS共識的主網而非分叉:8月17日消息，AAVE新提案要求，Aave DAO應承諾選擇在權益證明共識下運行的以太坊主網，而不是運行替代共識（例如工作證明）的任何以太坊分叉。如果提案通過，Aave協議將在工作量證明(PoW)以太坊鏈上關閉。

提案認為，Aave協議作為TVL最大的DeFi應用之一和基礎設施的重要組成部分，為DeFi生態系統中的數百個其他dApp和體驗提供動力。DAO應該向DeFi生態系統發出明確的信號，Aave DAO被應該明確以太坊合并方面的立場，表明Aave協議應致力于以太坊主網，并在權益證明共識下運行。[2022/8/17 12:30:03]

舉個例子：為了與某個大客戶打好關系而出差，可以抽象成提高整個業務的效率，因此也對購買安全性有幫助 —— 但它的作用非常間接，而且其購買安全性的效果可能不如在電力上的同等支出。一種密碼學貨幣越是把安全預算直接花在電力上，其安全性就越高；越是把錢花在商業運營商，其安全性就越低。挖礦企業的 CEO 可能對于這家企業自身來說是必要的，但他們對網絡的安全性貢獻不大。

所以，有時候你看到人們討論 ASIC 1 ，認為它們敗壞了一種密碼學貨幣對環境的影響，但實際上剛好相反。挖礦設備的專業化，使得單位硬件能產生更大的算力，也就意味著區塊鏈的安全預算更少花在硬件上，更多花在電力上。這對效率來說是好事 —— ASIC 挖礦在根本上比傳統的 CPU 挖礦要更清潔，因為 ASIC 在把能量轉化為安全性的時候效率更高（也就是更便宜）。

這也是為什么人們誤解了 “空間證明（Proof-of-space）” 類的密碼學貨幣（比如 Chia）（它們使用內存而非計算力來驗證區塊鏈）對環境的影響。使用硬盤作為產生安全性的稀缺資源并不能降低成本，而只是讓區塊鏈的安全預算從電力中撥出、花到了硬件上。如果你僅看電力消耗來衡量密碼學貨幣的碳排放，你會覺得好像我們有了巨大的進步 —— 但如果你把硬件的支出也考慮進去，你會發現這是效率的大損失。

ConsenSys：以太坊從PoW轉變為PoS共識，將減少99.9%碳足跡:11月10日消息，ConsenSys在發布的博文《2021年10月Staking狀態》中指出，以太坊共識機制從PoW轉變為PoS將使得區塊產出碳足跡減少99.9%。[2021/11/10 21:41:06]

當前世界上有許多閑置的硬盤，因此 Chia 等于是得到了一些補貼。但別指望這會永遠持續下去。等到某種密碼學貨幣成功把計算機內存貨幣化，GPU 上已經發生的事情就會在相關硬件領域重演一遍。更重要的是，最終這個系統會比同等規模但基于 PoW 的系統要差，因為安全預算花在了開發硬件上，而這比直接花在電力上的安全預算的效率低。

“ Tom's Hardware 已經報道了 Chia 價格暴漲和大容量機械硬盤的短缺。但更嚴峻的可能是固態硬盤（的短缺），因為你也需要固態硬盤來制作能夠塞滿大硬盤的 Bram Cohen BinggoTM 卡” 

鎖定資本也是有真實開銷的真實支出

Chia 和其它使用空間證明的區塊鏈，還是比較容易能跟 PoW 相比較的，因為你很容易想象舊硬盤塞滿垃圾填埋場的情景，所以你很容易確信，它們 “真的” 對環境有影響。但是，損失資本也對環境有著真實的影響。因為這些錢可以花在碳捕捉技術和碳效率研究，以及等等事項上。人們 “感覺” 它們是免費的（沒有消耗的），只是因為人類不擅長思考時間價值（time-value）。如果資本真是免費的，那礦工不用付出任何代價就能獲得了。

有時候你還會看到人們主張權益證明從個體角度看也會有浪費，但從社會角度看則是一種節約，就像 Dan Robinson 說的：

NXT和Algorand都聲稱已開發首個PoS區塊鏈:金色財經報道，加密貨幣Algorand(ALGO)在其宣傳材料中聲稱其是首個PoS區塊鏈，但NXT的首席開發者Lior Yaffe也聲稱他的項目是首個。在6月3日的推文中，Yaffe指責Algorand為了營銷目的誤導加密貨幣社區，謊稱自己是第一個PoS區塊鏈。正如Yaffe在隨后的推文中指出的，Algorand在其官方網站和許多宣傳材料中使用了這一聲明。他還表示，他認為這些信息是帶有惡意的謊言。雖然他批評了該項目的主張，但Yaffe承認，他相信“Algorand本身是一個不錯的項目”，擁有堅實的技術基礎。[2020/6/5]

“假設你的宗教要求你用自己的犧牲來證明你的誠意。你可以把一頭牛丟進火山口，也可以把它贈給陌生人。兩件事情對你來說開銷都是一樣大的（因此都能滿足戒律要求），但第一種的社會成本更高。” 

事實正好相反。鎖定資本對你個人來說不是浪費，因為 PoS 的質押算法會給你補償 —— 這些資本沒有被丟進火山，它為你賺取收益，以其他 ETH 持有者的利益為代價。鎖定資本跟把它送給陌生人完全不同，因為根本就沒有陌生人接手這些資金。驗證者并沒有 “把他們的資本平均分發給所有人”，實際上，是每個人都平等地為驗證者的工作付了錢（形式是新挖出的 ETH）。而且，感謝公理 #2，我們知道驗證者所得的支付 恰好等于 這些資金的成本。

另一方面，鎖定資本從社會角度看 就是 一種浪費，因為這些資本不再能用來建造工廠、資助研究和做一切對社會有利的事。想想 2008 年的金融危機 —— 沒有工廠被毀，也沒有哪棟房子塌了，沒有任何物質資產的損失。后果僅僅是資本損失 ——但這仍然是非常非常沉重的社會代價。資本是信息累積的特殊形式，凝聚的是關于資源最優配置的信息。損失信息與損失可觸可見的東西并不相同，但同樣是一種損失，甚至還要更糟。

聲音 | Weiss Ratings：Algorand是最好的PoS區塊鏈之一 但現在投資為時過早:加密貨幣評級機構Weiss Ratings發推稱：Algorand是有史以來最好的PoS區塊鏈之一嗎？我們肯定是這樣認為的，盡管在現階段投資它還為時過早。[2019/8/6]

所以，謹記公理 #1 和公理 #2，PoS 和 PoW 的公平比較應該是這樣的：

權益證明沒有（也不可能）消除礦工的開支，只是把 PoW 系統支出在電力上的部分轉成了資本開支。鎖定資本的外部性，相比電力消耗的外部性如何，是復雜而微妙的問題 —— 但糟糕的是，PoS 系統的支持者往往假裝電力是（系統運行）唯一需要付出的代價：

該有意誤導的比較，摘自以太坊基金會博客。

令人失望。以太坊基金會很清楚，“平均單筆交易所耗能源” 是一個完全沒有意義的指標，這樣使用這個數據是有意欺瞞。關鍵根本不在于 PoS 系統是否使用了更少的能量 —— 確實更少，但這不是全部。有意義的討論是：消耗資本更好，還是消耗電力更好？任何支持 PoS 而不討論資本成本的理論，都在根本上就錯了。

效率對比：質押 vs. 挖礦

在 PoW/PoS 的辯論中，PoS 支持者常常能占一種便宜：還從未有過完全去中心化的權益證明系統。這也意味著，PoS 支持者們可以任意幻想最終的解決方案可以多么有效率、多么優雅。已知的挖礦算法都不是完美高效的（例如存在 “自私挖礦” 問題），而且，同樣沒有理由相信 PoS 系統就能做到無懈可擊 —— 但是，在解決方案最終完整成型之前，PoS 支持者都不用考慮驗證者可能用來欺騙這個系統的 具體 策略。

耍弄系統的機會越多，安全預算與實際驗證的關系就越松散。因為 “從未有人嘗試過真正的權益證明”，我們首先不知道安全預算能多大程度被轉化為鎖定的資本，更不知道鎖倉資本在生成安全性的時候有多高效。根據定義，PoW 是跟驗證緊密耦合的，但 PoS，截至撰文直至，還沒有得到完整的定義。

外部性：質押 vs. 挖礦

假設我們都同意，從安全性效率的角度看，鎖定資本和挖礦的效率是一樣的，那就只剩下一個問題了，就是 “外部性”。這也是我認為理性討論的人仍能對其中的權衡關系有所分歧的地方。

短期來看，PoW 系統要跟其它項目競爭使用能源，但從長期來看，它會激勵便宜能源的開發和生產，而這會逐漸降低電力的成本，給所有人帶來好處（無論是金融用途還是環境保護）。便宜的電力也會催生新技術和更多的生產。

權益證明在短期內要跟其它項目競爭使用資本，但它沒法激勵創造更多資本，所以它會逐漸提高資本的成本。資本成本更高，意味著項目會更少 —— 更少工廠，也更少研究。

你更喜歡 PoW 的外部性還是 PoS 的外部性，可能取決于你認為是通過投資技術發展來解決環境危機、還是靠節約當前的消費來解決更好 2。要拯救地球，我們是該制造更便宜的可再生能源呢，還是應該讓所有東西都變得更貴？

PoS 甚至沒法工作

如我們前面所說，我們還不知道一個充分去中心化的權益證明系統能不能實現。現有的標榜自己為 PoS 系統的密碼學貨幣，基本都依賴于某些中心化的協調者或 “檢查點（checkpoint）”。自以太坊從 2015 年啟動以來，他們就一直在努力轉換成一個完全去中心化的 PoS 系統，而到現在，他們只推出了 Phase 0，只是支持驗證者質押而已 …… 你一旦把錢鎖進去，就去不出來，也花不了。

關于 PoS 系統能不能做到足夠安全，有很多爭論（見 “長程攻擊”、“nothing-at-stake”、“工作量跨越時間/權益則相反”）。這些都是研究上的開放問題，而不是實現過程中的待辦清單。我們不知道還要多長時間才能找出一個好的方案，甚至有沒有好的方案都存疑。看看這個 2017 年的帖子：

PoS 也許 “能運行”，只不過運行方式是病態的。PoW 會偏愛那些能獲得便宜電力的人，并以資本來獎勵他們。雖然并不完全平等，但不會陷入正反饋循環。PoS 則偏愛那些能以便宜的代價獲得資本的人，并且獎勵資本給他們，這就產生了一個循環。有錢的人會變得更有錢，而且越是有錢，想變得更有錢就越簡單。

如果權益證明 “可以啟動”，但最終結果是所有權力都集中到一小部分超級富有的機構手上，而且他們可以永久控制這個系統，那它就不能解決密碼學貨幣想要解決的問題。那我們還不如繼續使用現在這個中央銀行和那些 “從坎蒂隆效應中受益的內部人”組成的系統。我們希望密碼學貨幣能打破這個系統，而不是新瓶裝舊酒。

結論

公理 #1：對環境最友好的密碼學貨幣，應該是購買安全性時效率最高的那個。

公理 #2：如果一種密碼學貨幣購買了價值 X 元的安全性，其驗證者（為獲得獎勵）將總計有價值 X 元的花銷。

公理 #3：要考慮一個系統的碳足跡，你必須考慮驗證者開支的所有方面。

公理 #4：一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關，其購買安全性的效率越高。

結論 #1：對環境最友好的密碼學貨幣，就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。

觀察 #1：PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚 PoS 能做到什么程度。

觀察 #2：工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。

觀察 #3：工作量證明已經存在，而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。

遺憾的是，經過詳細考察之后，我們知道了 PoS 的大部分 “優點” 都只是看起來光鮮亮麗，而且還有許多重大的公開挑戰。至少到目前，它還是一個烏托邦式的幻想，而不是一種現實的選擇。而 PoW 雖然有缺點，要想組建一個無需信任中心化權威的網絡，卻仍然是已知最好的方案（實際上，也是唯一的方案）。 腳注

專用型集成電路：定制化的計算機，但只能做有限類型的計算而不能做別的（專為特定算法的挖礦而研發的 ASIC 因此挖礦效率非常高）。

如果我們現實地看待人性，在全球范圍內減少消費的唯一辦法就是提高技術或者降低人口。任何主張直接 “減少消費” 的哲學都要么非常幼稚，要么非常可怕。

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