POW:PoW與PoS的真正區別：判質費用決定了誰更適合構建貨幣

本文亦感謝以及Henry-民道@dForce，他們兩位皆為各自的立場提供了漂亮且深入的論證，筆者亦從他們的論證中得到很多啟發。

最后，本文的另一目的是表達對一位哲人的敬意，他發明了一個可供我們不斷對話的原型機，而且我們越與之對話，越明白這個原型機的精巧。所謂“大巧不工”，化繁為簡需要極為強大的系統性思維，而他當得起“大師”的稱謂。

2019年5月上旬“新經濟學人”群內辯論的主題為PoW和PoS的短長。

PoS的技術局限性，即在技術上它們到底能不能實現某種屬性；

PoS系統的健康度問題，比如會不會形成“持幣者/挖礦者/設備制造商”等在地域或收入階層上的集中，以及這種集中會不會造成不良影響，雖然大家對什么是“健康”、“不良”并沒有一致的定義。

在前一個問題上，我認為最好的論證是由Jan提供的。他指出參與PoW系統是完全permission-less的，無需向任何人申請，即可購買礦機/組建礦池來參與PoW系統；

而PoS系統為了安全性犧牲了這種免許可性：如果有人想加入這個系統成為驗證者，他必須先質押，而質押作為一筆交易必須被打包上鏈才有效，等于是說他至少得取得部分現有驗證者的同意才能成為驗證者。

灰度尚未出售旗下產品分配到的ETHPoW代幣，將繼續探索向股東分配權益的方案:3月17日消息，數字資產管理公司灰度投資（Grayscale Investments）發布ETHPoW（ETHW）股東權益分配的最新信息，公告稱，針對其旗下Grayscale Ethereum Trust（OTCQX：ETHE）和Grayscale Digital Large Cap Fund（OTCQX：GDLC）兩個產品此前于2022年9月16日分配到的ETHPoW代幣，此前灰度尋求成為這些ETHPoW代幣權益方的代理人并欲盡快出售，預計不超過記錄日起180天，但今日灰度宣布將延長審查期限，在此期間，它將繼續評估市場環境，以確定是否可以獲得ETHPoW代幣，以及是否、何時以及以何種方式代表股東出售ETHPoW代幣，該審查期限目前預計不會超過本協議簽訂之日起的180天。

據悉，去年9月，灰度稱其基金和產品被動獲得了分叉的ETHPoW代幣，已向美國監管機構提交申請，它希望有權自行決定出售ETHPoW代幣并將現金收益分配給股東。當時灰度以太坊信托持有超過300萬枚ETHPoW代幣，灰度數位大盤基金持有4萬枚。[2023/3/17 13:09:54]

在后一個問題上，最好的論證是由民道提供的。他指出，出于分散風險的目的，持幣大戶不會拿住手上的幣不賣。幣的價格上漲，則此種資產在持有者總資產中的比重也會變大，這個過程也是風險增大的過程，因此持幣者會傾向于賣出自己手中的幣，因此對財富集中的擔心是不必要的。

國際貨幣基金組織推薦生態友好型CBDC和非PoW支付機制:金色財經報道，在題為“數字貨幣和能源消耗”的研究中，國際貨幣基金組織根據其獨特的設計元素檢查了加密資產的能源消耗，以評估開發的理想機制中央銀行數字貨幣（CBDC）。基金組織分享了圍繞數字貨幣對環境影響的政策討論的基礎，建議放棄基于工作量證明的分布式賬本技術應用，并補充說：尤其是比特幣，這種類型中最著名的應用，估計每年消耗大量能源（約 144 TWh [太瓦時]）。盡管可擴展性解決方案降低了每筆交易的能源成本，但它們并沒有減少整體能源支出。然而，與傳統金融系統相比，該國際組織承認非 PoW 許可加密資產帶來的高能效：相對于現有支付系統，非 PoW 許可的加密資產減少能源消耗的潛力來自于核心處理架構和用戶支付方式的節能。除了環保成分外，IMF 建議中央銀行在 CBDC 中加入其他功能，例如合規性、更高的彈性和離線能力。（cointelegraph）[2022/6/9 4:12:11]

僅就后者而言，許多問題我認為近乎無法研究/比較，舉例而言，說PoS中會出現幣的集中，但難道PoW中沒有礦場規模大小的區別嗎？說PoS沒錢不能參與，但難道在PoW里面礦機不用花錢買嗎？

PowerTrade將在Apple Store上推出比特幣期權交易應用程序:比特幣期權交易平臺PowerTrade宣布，從4月15日起，美國以外的散戶投資者可以在Apple iOS商店下載其新應用程序。[2021/4/13 20:15:42]

繞一圈你會發現，雖然只討論前者不討論后者是不行的，但在前者的討論中我們有更明確的方法可以依靠，而且只有Jan說的那一點是最為確實的。

而在與民道討論的過程中，我發現按照一般的方式根本比較不出PoW與PoS的區別：因為兩種方式皆是“抗女巫機制”，兩種方式皆必然要求參與者投錢進去，兩種方式皆可完成貨幣分發，兩種方式皆有可能形成一定程度的集中。

更重要的是，從非常抽象的角度來看，兩種系統都是以貨幣增發來購買參與者的支持，PoW發幣給礦工，PoS發幣給驗證者。這些角度都僅能比較出量的區別，而不可能比較出質的區別。

二、為什么會有貨幣？

在交易行為中，交易雙方都免不了要判斷對手所供商品或服務的費用，而在判斷商品質量過程中付出的交易費用，我們稱為“判質費用”。

yearn.finance計劃于PowerPool推出YearnyTokens指數:1月15日消息，yearn.finance官方發推稱，社區發起最新提案，計劃在PowerPool生態系統中推出一個Yearn yTokens指數。該指數將為為ytoken創造資金流動性。[2021/1/15 16:13:15]

當人們已經決定要相互交易，為什么有某種雙方都接受的商品會更好？這種商品要具備什么條件？

很快你便會意識到，這基本上與“締約費用”無關，采用彼此都喜歡的某種商品并不能改變締約費用；與“信息費用”的關系也沒有那么密切，因為形成了大規模的市場后，貨幣作為一種商品，其信息費用跟其它商品相比可能不會差別太大。

因此，關鍵在于“判質費用”。即，如果雙方以物換物，雙方都必須付出許多成本來判定對手給的東西的質量，有時候這種質量檢驗是消耗性的，但也許存在某種商品，其質量的變化幅度很小、很容易檢驗出其質量，那么大家可以很容易拿這種東西來交易，至少其中一方不用付出那么多的判質費用了。又因為不同商品的判質費用不同，故適合用作貨幣的優勢也不同。

金色晨訊 | BCH網絡升級將增加兩項新功能，ETC就支持PoW發起提案:1、比特幣安全專家：比特幣和以太坊只有在完全失敗的情況下才會被取代

2、阿聯酋社區發展部將為區塊鏈競賽撥款1.63萬美元

3、BCH網絡升級將增加兩項新功能

4、Mark Yusko創始人：比特幣是解決“通縮死亡螺旋”的良方

5、委內瑞拉最大的連鎖百貨公司開設首臺比特幣ATM

6、Cinnobe前加密貨幣主管：比特幣供應可能會超過2100萬

7、英國和歐盟進行結構性關系重建的最后沖刺可能以區塊鏈為核心

8、媒體：韓國民主黨議員提交的加密法規或在2020年6月前生效

9、ETC就支持PoW發起提案。[2019/10/7]

人類歷史上出現過無數種貨幣：黃金、白銀、石頭、甚至香煙、雞蛋；但所有這些貨幣在相應的社會中都有明確的特征：在一定科技條件下，它們的判質費用是最低的，黃金和白銀只有純度這一個維度，并且檢驗費用很低，熔化即可；美國產的香煙都是標準化產品，因此在戰后德國某段時間被民間用作貨幣。

這就是產權經濟學大師阿爾欽的洞見。

三、PoW與PoS的真正區別

密碼學貨幣不是金屬，沒有物理實體，因此也沒有了“純度”的概念，不過，因為區塊鏈的公開賬本屬性，UTXO倒是有個“干凈度”的概念——有些比特幣曾經流入黑市，有些人可能介意。

還沒完。如上所述，重點并不在于質量，而在于判質費用的高低。因此，并不是安全性的高低決定了哪種分布式賬本適合承載貨幣，而是判定賬本安全性的費用決定了它們的Moneyness。

而在PoS中，至少就我所知，沒有能夠如此簡單檢驗賬本安全性的方法：

在非質押型PoS系統中，對出塊合法性的校驗依賴于狀態數據，因為只有狀態數據才能告訴你哪一刻哪個地址里有多少錢、TA到底能不能出塊，但是每出一次塊都會多一部分狀態數據；在最糟糕的情況下，這種困難性可以使PoS完全失去抗女巫的作用；

在質押型PoS系統中，出塊過程是驗證者經由“發起-預投-投票”來完成的，而驗證賬本安全性中也必然有一步是校驗驗證者的簽名。而且，無論聚不聚合簽名，驗證所需的計算量都很難降下來。

客觀來說，我在此比較的都是我看到的PoS系統，并不能演繹地推導出PoW一定比PoS做得更好，只能證明現在部分PoW比部分PoS要好，但能走到這一點我也就心滿意足了，我也沒有意愿討論現在還不存在的解決方案。

四、“計算-驗證非對稱性”

“計算-驗證非對稱性”是指在某一類數學問題中，求出具體的解，與驗證該解是不是一個解，所需付出的計算量是不一樣的。我在這里談的是“難于計算、易于驗證”這種類型的非對稱性。

但如果是一個數獨謎題的話，你要算出一個數獨謎題的解要花很多功夫，但驗證起來極其簡單，這是非對稱的。

在比特幣的PoW算法中，計算-驗證非對稱性非常強：無論安全性如何上升，驗證的成本都不變。

但在我們現在看到的PoS方案中，這一點并不明顯。因為簽名并不比驗簽更難，相反，在有些算法中，驗簽甚至比簽名還要難，它是“易于計算、難于驗證”！

在限制了驗證者數量的PoS系統中，可以說這種驗證成本是有上限的，但在沒有限制驗證者數量的PoS系統中，驗證的成本會隨著驗證者數量的上升而上升，即驗證效率與出塊權的去中心化發生了沖突。

只要協議發了錢，人們總是要投入資源來競爭的；既然這樣可以買到安全性，那我可以好好挑一挑，到此用哪種資源來提供安全性；另一方面，要出塊就總是需要驗證，或者說，驗證才能真正約束出塊者的行為，那就選驗證成本低的吧；最后，既然驗證的需求長期存在，不如想一種辦法讓驗證的成本始終很低，這樣才能更好地容納安全性的增長。

五、Crypto-economics

我一直很反對給economics加前綴，雖然經濟學作為一門社會科學，關于研究方法的爭論吵過很長時間，但在我看來，這種爭論早已有了結果，平時說某某經濟學，只是方便交流而已。

同樣地，我也不太喜歡“Crypto-economics”一詞，但同時我也認為，如果這個詞真的有意義的話，我目前了解到的觀念鮮少夠得上這個詞應有的規格，因為大多數時候，討論Crypto-economics的人經濟學都不怎么好。

比如，PoW和PoS，在密碼學中是抗女巫機制，但在經濟學視角下，它是安全資源，是系統的安全性的來源。而驗證，在密碼學視角下是對證明者的挑戰，但在經濟學視角下就成了判質過程，這個過程所需付出的代價就是判質費用。等等。

六、結語

綜上，我認為，PoS作為一種抗女巫機制是可行的，只不過它所要求的共識算法可能會更復雜一些；但如果我們從Moneyness角度出發，我們會發現PoW貨幣在判質費用上更低，而且因為一些技術屬性使得我們可以相信它會長期保持比較低的水平；而PoS系統至少就目前為止，沒有出現可媲美PoW的低驗證費用，甚至其驗證費用還會上升。

參考文獻：

https://book.douban.com/subject/26841560

https://mp.weixin.qq.com/s/NSrxuU9tL7GIXUGtF4zAaw

https://ethfans.org/posts/fake-stake-attacks-on-chain-based-proof-of-stake-cryptocurrencies

https://ethfans.org/posts/bls-signatures-better-than-schnorr

作者：阿劍@ETHfans

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