前言

權(quán)益證明 (PoS) 是一種加密貨幣的共識(shí)機(jī)制，用于處理交易和在區(qū)塊鏈上建造新的區(qū)塊。參與者可以質(zhì)押該區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的代幣成為節(jié)點(diǎn)，依據(jù)質(zhì)押代幣數(shù)量的多少，將有機(jī)會(huì)成為驗(yàn)證者來(lái)驗(yàn)證交易并獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。
在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上，所有的交易都記錄在被稱為分布式帳本(DLT)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同編寫(xiě)和復(fù)制，為了確保帳本的正確性，需要有共識(shí)機(jī)制來(lái)防止惡意的數(shù)據(jù)竄改。
權(quán)益證明通過(guò)要求驗(yàn)證者質(zhì)押一定數(shù)量的代幣以實(shí)現(xiàn)交易安全，它解決了工作量證明 (POW) 共識(shí)機(jī)制中耗費(fèi)大量設(shè)備資本與能源的問(wèn)題，減少了驗(yàn)證交易和區(qū)塊所需的 CPU 工作量，是近年來(lái)受到許多區(qū)塊鏈項(xiàng)目青睞的共識(shí)機(jī)制。

什么是共識(shí)機(jī)制

共識(shí)機(jī)制，是分布式系統(tǒng)中所有參與者針對(duì)單一資訊來(lái)源達(dá)成一致見(jiàn)解的方法。中心化的系統(tǒng)不需要共識(shí)機(jī)制，資訊的真實(shí)與否是由控制的實(shí)體決定的。例如，在中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員擁有添加、刪除、和修改數(shù)據(jù)的權(quán)利，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶被動(dòng)地接收來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)管理員的資訊。
在分布系統(tǒng)中，依賴大量的自治機(jī)構(gòu) （節(jié)點(diǎn)）共同合作維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，資訊的真實(shí)與否由全體共同決定。例如，在區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)上，任何節(jié)點(diǎn)都有可能創(chuàng)建新區(qū)塊紀(jì)錄并驗(yàn)證交易。然而，因?yàn)樵O(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)延遲、或是惡意攻擊等因素，來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的資訊可能出現(xiàn)矛盾的情況，因此不同的節(jié)點(diǎn)間必須要有一種共識(shí)算法，使數(shù)據(jù)的紀(jì)錄達(dá)成一致。
在區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程中，最早被采用的共識(shí)機(jī)制為工作量證明 (PoW)，資訊的真實(shí)性由最大的 CPU 算力背書(shū)。由于其資本密集與耗能的問(wèn)題，出現(xiàn)了權(quán)益證明 (PoS) 這一替代方案，資訊的真實(shí)性改由質(zhì)押代幣數(shù)量最大的利害關(guān)系人背書(shū)，使網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致的共識(shí)。

什么是 PoS 權(quán)益證明

權(quán)益證明 (PoS) 的共識(shí)機(jī)制最早是于 2011 年在 Bitcointalk 論壇上，由一位化名為 QuantumMechanic 的成員提出討論，之后 Scott Nadal 和 Sunny King 等其他參與者也協(xié)助構(gòu)思，確立了權(quán)益證明的內(nèi)核概念。
在工作量證明 (PoW) 的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，交易是由稱為“礦工”的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供 CPU 算力來(lái)解出復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，以獲得新區(qū)塊的記帳權(quán)和獎(jiǎng)勵(lì)。在權(quán)益證明 (PoS) 的網(wǎng)絡(luò)中，稱為“驗(yàn)證人”的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供加密貨幣存款作為抵押品，抵押數(shù)量越多的節(jié)點(diǎn)越有機(jī)會(huì)獲得新區(qū)塊的記帳權(quán)和區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。
為了避免抵押金額高的驗(yàn)證人成為創(chuàng)建新區(qū)塊的固定節(jié)點(diǎn)，挑選驗(yàn)證人的算法通常都會(huì)包含其他的參數(shù)，如質(zhì)押代幣數(shù)量、代幣年齡、隨機(jī)區(qū)塊選取等，確保不會(huì)由固定的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建新區(qū)塊。代幣年齡指的是驗(yàn)證人質(zhì)押代幣后間隔多久時(shí)間尚未創(chuàng)建新區(qū)塊，代幣年齡越大的驗(yàn)證人，創(chuàng)建新區(qū)塊的機(jī)率越高。設(shè)置代幣年齡的機(jī)制，可以讓質(zhì)押數(shù)量較少的節(jié)點(diǎn)也有機(jī)會(huì)創(chuàng)建新區(qū)塊從而獲得獎(jiǎng)勵(lì)。
一般來(lái)說(shuō)，權(quán)益證明 (PoS) 的運(yùn)作流程大致如下：

• 節(jié)點(diǎn)間會(huì)執(zhí)行尚未被驗(yàn)證的交易，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)將這些待驗(yàn)證的交易存放于一個(gè)池子中，等待質(zhì)押加密貨幣的驗(yàn)證人處理。
• 算法根據(jù)一些參數(shù) ，如質(zhì)押代幣數(shù)量、代幣年齡、隨機(jī)區(qū)塊選取等 ，挑選出一個(gè)驗(yàn)證人創(chuàng)建新區(qū)塊。
• 被選中的驗(yàn)證人確認(rèn)待驗(yàn)證的交易后，創(chuàng)建新區(qū)塊并打包這些交易紀(jì)錄。
• 其他未被選中的節(jié)點(diǎn)確認(rèn)新區(qū)塊的內(nèi)容是否正確。
• 如果新區(qū)塊中的交易紀(jì)錄也被其他節(jié)點(diǎn)確認(rèn)無(wú)誤，添加新的區(qū)塊至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。反之，若新區(qū)塊中的交易紀(jì)錄有異常，則拒絕添加新的區(qū)塊。
• 新的區(qū)塊被添加時(shí)，驗(yàn)證人可以取回質(zhì)押的代幣并獲得該區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，如果驗(yàn)證人選取算法有使用代幣年齡的機(jī)制，則當(dāng)前區(qū)塊驗(yàn)證人的代幣年齡將重置為 0。反之，若新的區(qū)塊被拒絕添加時(shí)，驗(yàn)證人質(zhì)押的代幣可能會(huì)遭受到削減 (Slash) 的懲罰。

圖來(lái)自 coinsentinel.io

PoS 權(quán)益證明的優(yōu)勢(shì)

權(quán)益證明 (PoS) 被許多人認(rèn)為是比工作量證明 (PoW) 更為優(yōu)秀的共識(shí)機(jī)制，主要在于其以下優(yōu)點(diǎn)：

不需要高規(guī)格的設(shè)備

參與權(quán)益證明區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備門(mén)檻低，一般的個(gè)人端計(jì)算機(jī)即可作為節(jié)點(diǎn)。參與工作量證明區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的CPU 算力要求很高，需要購(gòu)買(mǎi)特制化的計(jì)算機(jī)。

能源效率高

權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)不需要進(jìn)行大量的哈希運(yùn)算，因此運(yùn)行節(jié)點(diǎn)不必耗費(fèi)大量的能源。工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，礦工需要互相競(jìng)爭(zhēng)，要比其他參與者更早發(fā)現(xiàn)新區(qū)塊，執(zhí)行大量的哈希運(yùn)算會(huì)消耗大量的能源。

可擴(kuò)容性高

高規(guī)格設(shè)備與高能源支出是工作量證明區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)容時(shí)所面對(duì)的主要瓶頸，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，額外添購(gòu)的設(shè)備花費(fèi)與能源消耗會(huì)指數(shù)遞增。權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有這方面的問(wèn)題。

技術(shù)門(mén)檻較低

架設(shè)高規(guī)格的礦機(jī)以及后續(xù)運(yùn)作上的維護(hù)需要相當(dāng)多的專業(yè)知識(shí)，因此工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)比較適合機(jī)構(gòu)及專業(yè)技術(shù)人員參與。權(quán)益證明的結(jié)點(diǎn)僅需一般的個(gè)人端設(shè)備，更適合大眾化的推廣。

更去中心化

權(quán)益證明通過(guò)算法確保所有的節(jié)點(diǎn)，無(wú)論質(zhì)押數(shù)量多寡都能有效地參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作。然而在工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，絕大部分的區(qū)塊生成、交易驗(yàn)證、以及獎(jiǎng)勵(lì)分配都被高 CPU 算力的礦機(jī)和礦池壟斷，較小的節(jié)點(diǎn)難以與之抗衡，在長(zhǎng)尾市場(chǎng)中權(quán)益證明是更佳的選擇。

更環(huán)保

運(yùn)行權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)不需要大量能源消耗和設(shè)備規(guī)格競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于環(huán)境的沖擊及影響遠(yuǎn)低于工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

PoS 權(quán)益證明的安全性

不管是什么樣的共識(shí)機(jī)制，除了要能有效地讓網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)順利達(dá)成共識(shí)外，安全性是最關(guān)鍵的考量之一，若共識(shí)機(jī)制不安全，則網(wǎng)絡(luò)將因惡意攻擊者的入侵而癱瘓。

在工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，共識(shí)是通過(guò) CPU 算力取得，因此若能控制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中超過(guò) 51% 的 CPU 算力，即可掌控該區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的主導(dǎo)權(quán)。攻擊者可以用雙重支付、拒絕或更改交易記錄，或阻止他人挖礦等方式來(lái)獲取利益，這個(gè)現(xiàn)象又被稱為是 51% 攻擊。

然而 51% 攻擊發(fā)生的可能性會(huì)隨著工作量證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大而降低。要執(zhí)行 51% 攻擊，意味著需要大量的挖礦設(shè)備提供算力并支付其能源開(kāi)銷，若攻擊成功的報(bào)酬小于發(fā)起攻擊所需付出的成本，將使得 51% 攻擊變得經(jīng)濟(jì)上不可行。以比特幣為例，自創(chuàng)世區(qū)塊開(kāi)采至今的十馀年間從來(lái)都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò) 51% 攻擊，遍布世界各地的比特幣礦機(jī)節(jié)點(diǎn)提供了大量的 CPU 算力保證比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性。

權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)同樣有面臨 51% 攻擊的可能性，惡意的節(jié)點(diǎn)只要取得總質(zhì)押代幣總數(shù)的一半以上，就能取得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，自行偽造虛假的區(qū)塊和交易記錄，也就是說(shuō)攻擊者可以通過(guò)收購(gòu)大量代幣的方式來(lái)發(fā)動(dòng)攻擊。

然而這種攻擊方式是不切實(shí)際的，收購(gòu)大量的代幣將因需求增加而導(dǎo)致代幣價(jià)格上漲。發(fā)起攻擊后，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)會(huì)受到影響，用戶的恐慌會(huì)造成代幣價(jià)格下跌。收購(gòu)代幣的成本通常會(huì)遠(yuǎn)大于從攻擊中獲得的代幣價(jià)值。

比較有可能攻擊權(quán)益證明共識(shí)機(jī)制的做法是勾結(jié)其他的節(jié)點(diǎn)，使得互相串通的節(jié)點(diǎn)持有 51% 以上的質(zhì)押代幣總數(shù)，通過(guò)結(jié)點(diǎn)間的合縱連橫，一樣可以達(dá)到控制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的目的，而不必付出太過(guò)昂貴的代價(jià)。

為了避免不同節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)共謀的問(wèn)題，權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)引入了懲罰機(jī)制，虛假的區(qū)塊和交易記錄若遭到其他驗(yàn)證人發(fā)現(xiàn)，發(fā)起攻擊的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)損失部分甚至是全數(shù)的質(zhì)押代幣資產(chǎn)，這解決了以往權(quán)益證明節(jié)點(diǎn)的無(wú)利害關(guān)系問(wèn)題 (Nothing at Stake Problem)，也使得驗(yàn)證人間彼此的串通變得更加困難，因?yàn)闊o(wú)法確定其他節(jié)點(diǎn)是否愿意冒著虧損的風(fēng)險(xiǎn)共謀。

只要抵押物價(jià)值高于獎(jiǎng)勵(lì)，權(quán)益證明的驗(yàn)證人會(huì)發(fā)現(xiàn)試圖欺詐的虧損將大于誠(chéng)實(shí)運(yùn)作的獎(jiǎng)勵(lì)，在經(jīng)濟(jì)誘因的驅(qū)使下，節(jié)點(diǎn)將會(huì)誠(chéng)實(shí)地運(yùn)作，因此權(quán)益證明的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)在安全性方面并沒(méi)有太多的問(wèn)題，尤其是在市值較高的加密貨幣，幾乎不可能發(fā)生 51% 攻擊。

PoS 有哪些潛在問(wèn)題?

盡管權(quán)益證明的共識(shí)機(jī)制有許多特長(zhǎng)之處，但仍然存在一些潛在的隱患。比如，權(quán)益證明往往遭人詬病會(huì)造成“富者愈富、貧者愈貧”的現(xiàn)象。抵押金額高的節(jié)點(diǎn)會(huì)有更高的機(jī)率創(chuàng)建區(qū)塊獲得獎(jiǎng)勵(lì)，這會(huì)使得財(cái)富向持有代幣數(shù)量多的驗(yàn)證人靠攏，使貧富不均的問(wèn)題更加嚴(yán)重。

然而權(quán)益證明的支持者則認(rèn)為，在所有的資本市場(chǎng)及博弈中，富者在先天上就具備了更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，即便是換成工作量證明的共識(shí)機(jī)制也還是會(huì)遭遇一樣的問(wèn)題，比起工作量證明網(wǎng)絡(luò)的高參與門(mén)檻，人人皆可受益的權(quán)益證明已經(jīng)是更佳的解決方案。

另一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題則是代幣的供給較難預(yù)估，因?yàn)闊o(wú)法質(zhì)押的節(jié)點(diǎn)數(shù)量可能會(huì)增加或減少，這會(huì)間接地衍生出其他問(wèn)題。比如，當(dāng)代幣的市場(chǎng)價(jià)格不斷下跌時(shí)，質(zhì)押的節(jié)點(diǎn)收益可能會(huì)無(wú)法彌補(bǔ)繼續(xù)持有代幣的損失，造成大量節(jié)點(diǎn)解除質(zhì)押拋售代幣，降低區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性。

此外，若質(zhì)押的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大幅增加，也有可能造成代幣供給短缺進(jìn)而推升價(jià)格，這也是惡意的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在拋售持有代幣前，經(jīng)常會(huì)使用的價(jià)格操縱手法。相對(duì)而言，工作量證明的代幣供給較為穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)類似的狀況。

除了 PoS 和 PoW 還有哪些共識(shí)機(jī)制 ?

分布式系統(tǒng)中的共識(shí)機(jī)制并非只有工作量證明和權(quán)益證明這兩種，區(qū)塊鏈技術(shù)在歷經(jīng)了十多年的發(fā)展后，已經(jīng)有許多新穎的共識(shí)機(jī)制被人們所提出，在此簡(jiǎn)單介紹如下：

空間證明 (Proof of Space)

空間證明 (PoS) 是一種共識(shí)算法，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須要保留相當(dāng)大的硬盤(pán)存儲(chǔ)空間才有驗(yàn)證交易和獲取獎(jiǎng)勵(lì)的資格，驗(yàn)證者會(huì)對(duì)提供存儲(chǔ)空間的節(jié)點(diǎn)發(fā)起挑戰(zhàn)，以確保其持續(xù)地提供這些存儲(chǔ)空間，Chia Network 采用的即為空間證明的算法。

圖來(lái)自 Chia Network

權(quán)威證明 (Proof of Authority)

權(quán)威證明 (PoA) 是一種共識(shí)算法，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不會(huì)質(zhì)押代幣，但需要以自己的名譽(yù)為賭注以換取驗(yàn)證交易的資格，因此驗(yàn)證者需要透露自己的真實(shí)身份才可以參與，這個(gè)過(guò)程降低了選擇可疑驗(yàn)證者的風(fēng)險(xiǎn)，并且鼓勵(lì)長(zhǎng)期承諾，VeChain 采用的即為權(quán)威證明的算法。

委托權(quán)益證明 (Delegated Proof of Stake)

委托權(quán)益證明 (DPoS) 是權(quán)益證明 (PoS) 的一種變形，持有加密貨幣的用戶將自己的加密貨幣當(dāng)作選票委托給見(jiàn)證人，這些見(jiàn)證人依照受委托的加密貨幣數(shù)量而有名聲高低的差異，被選出的見(jiàn)證人代表視為最受信賴的代表，擁有驗(yàn)證區(qū)塊鏈交易的記帳權(quán)利，EOS 采用的即為委托權(quán)益證明的算法。

總結(jié)

權(quán)益證明共識(shí)算法通常被認(rèn)為是工作量證明的演進(jìn)，用戶可以質(zhì)押持有的加密貨幣成為驗(yàn)證人，建造新區(qū)塊獲得獎(jiǎng)勵(lì)，也能和其他節(jié)點(diǎn)共同驗(yàn)證交易紀(jì)錄，維護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全。

權(quán)益證明沒(méi)有資本密集和高耗能的挖礦，對(duì)參與者而言門(mén)檻較低更為親民，被視為是兼顧環(huán)保與去中心化的共識(shí)機(jī)制。在擴(kuò)容性上權(quán)益證明的表現(xiàn)也更優(yōu)于工作量證明，越來(lái)越多的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)如 Cardano、Tezos、Avalanche、GateChain 都采用了權(quán)益證明的機(jī)制。

目前市值第二大的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)以太坊，在預(yù)期 2022 年完成的 ETH 2.0 網(wǎng)絡(luò)升級(jí)中，也從原本的工作量證明轉(zhuǎn)換成權(quán)益證明的共識(shí)機(jī)制，盡管運(yùn)行 ETH 2.0 的節(jié)點(diǎn)需要質(zhì)押 32 枚 ETH ，門(mén)檻較高，但從史無(wú)前例的共識(shí)機(jī)制更換中也不難看出，權(quán)益證明確實(shí)是未來(lái)區(qū)塊鏈發(fā)展的趨勢(shì)之一。

雖然權(quán)益證明的共識(shí)機(jī)制看似改善了工作量證明所面臨的諸多難題，但在區(qū)塊鏈中仍然是較為新穎的技術(shù)，是否有其他未知的問(wèn)題和缺陷，有待時(shí)間的考驗(yàn)及見(jiàn)證。

到此這篇關(guān)于什么是權(quán)益證明PoS？詳解區(qū)塊鏈PoS共識(shí)機(jī)制原理與特點(diǎn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)權(quán)益證明PoS詳細(xì)介紹內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！

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  什么是指定權(quán)益證明(NPos)？NPOS是標(biāo)準(zhǔn)權(quán)益證明（PoS）模型的變體,它涉及網(wǎng)絡(luò)參與者提名負(fù)責(zé)驗(yàn)證交易并創(chuàng)建新區(qū)塊的驗(yàn)證者,與PoW相比，該方法不僅大幅降低了能耗，還增強(qiáng)了…

  2024-09-03
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  什么是權(quán)益證明(POS)？如何區(qū)分POS和POW？

  在加密貨幣領(lǐng)域，最常用的共識(shí)機(jī)制是工作量證明（PoW）和權(quán)益證明（PoS）,那么，什么是權(quán)益證明(POS)？如何區(qū)分POS和POW？下文將為大家詳細(xì)介紹…

  2024-08-05
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  一文讀懂加密貨幣中的權(quán)益證明PoS是什么意思

  這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了加密貨幣中的權(quán)益證明PoS是什么意思以及它的優(yōu)勢(shì)與風(fēng)險(xiǎn)，感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下…

  2024-04-30
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  Solana共識(shí)機(jī)制：委托權(quán)益證明和歷史證明

  Solana是一個(gè)高性能區(qū)塊鏈協(xié)議，采用了獨(dú)特的共識(shí)機(jī)制，即權(quán)益證明（PoS）與時(shí)鐘機(jī)制的結(jié)合,這種共識(shí)機(jī)制使得Solana能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量和低延遲的交易處理，同時(shí)保持高度的安…

  2024-01-02
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  什么是權(quán)益證明(PoS)？ 使用權(quán)益證明的幣有哪些？

  權(quán)益證明（簡(jiǎn)稱PoS）是一種區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制，與工作量證明（簡(jiǎn)稱PoW）相對(duì)，在權(quán)益證明中，參與區(qū)塊鏈共識(shí)的節(jié)點(diǎn)的權(quán)益決定了他們被選為驗(yàn)證和生成新區(qū)塊的機(jī)會(huì)，本文將給大…

  2026-07-02