Vitalik Buterin親筆撰文： PoS 與 PoW 的安全性優劣比較_ASI

原文標題：《Vitalik：權益證明?vs.?工作量證明?(2020?年?11?月)》

作者：Vitalik?Buterin，以太坊創始人

本文原由?Chih-Cheng?Liang?和?Hsiao-wei?Wang?翻譯為繁體中文，由于表達習慣不同，考慮到簡體中文讀者的閱讀體驗，ECN?對本文進行了簡體轉化和二次校對。權益證明?(Proof?of?Stake,?PoS)?在區塊鏈安全性上優于工作量證明?(Proof?of?Work,?PoW)?的關鍵因素主要有三。

權益證明在同樣成本下可提供更高的安全性

理解這點最簡單的方式就是把權益證明和工作量證明擺在一起看，假設每天有?$1?的區塊獎勵，攻擊此網絡所需的成本是多少。

基于?GPU?的工作量證明

你可以便宜租到?GPU，所以攻擊網絡的成本就只是租到足夠的?GPU?算力以超過現有的礦工。每產生?$1?的區塊獎勵，現有礦工的成本將近?$1?(如果成本高于?$1，礦工就會因為無利可圖而退出，反之新礦工就會加入進來獲取利潤)。因此，攻擊網絡的成本只需要高于?$1/?天，而且可能只需要持續幾個小時。

總攻擊成本：~$0.26，且因為攻擊者可以收到區塊獎勵，所以這個數字還有可能壓到零。

基于以太坊網絡的NFT市場Gas消耗量降至兩年低點:8月9日消息，基于以太坊網絡的NFT市場Gas消耗量正在大幅減少，降至2021年6月的水平。具體來說，OpenSea、Blur、LooksRare、Rarible和SuperRare上的交易活動目前約占以太坊網絡總Gas消耗量的1.85%。

這一數字相較于2022年1月9日的前高點顯著下降，當時僅OpenSea上的NFT交易就占以太坊總Gas消耗量的28.69%。[2023/8/9 16:16:04]

基于?ASIC?的工作量證明

ASICs?其實是資本成本：當買進?ASIC?時你預期大概可以用兩年，因為它會慢慢耗損或是被性能更好的硬件取代。如果一個鏈被?51%?攻擊了，社群大概會更換?PoW?算法來做出應對，而這時你的?ASIC?就會失去價值。平均而言，挖礦成本約為?1/3?的經常性成本與?2/3?的資本成本?(詳見此處)。

因此，每?$1?的區塊獎勵上，礦工每天會花?~$0.33?在電力與維護上，并花費?~$0.67?在他們的?ASIC?上。假設?ASIC?可以用大約?2?年，礦工會需要為單位?ASIC?硬件花費?$486.67。(譯注：$486.67?=?365?天?x?2?x?$0.67?資本成本)

總攻擊成本：$486.67?(ASICs)?+?$0.08?(電力與維護)?=?$486.75

Circle聯創：新一波比特幣ETF可能會獲得批準:金色財經報道，Circle聯合創始人兼首席執行官Jeremy Allaire在世界經濟論壇上接受采訪時表示，隨著監管機構過去的擔憂得到解決，新一波比特幣現貨ETF將會獲得批準。[2023/6/27 22:03:05]

(譯注：此處電力與維護成本也是假設攻擊時長?6?小時)

話雖如此，值得注意的是?ASICs?(相較?GPU)?帶來較高的安全性是以中心化的高代價換來的，因此加入?ASIC?挖礦的門檻也非常高。)

權益證明?Proof?of?stake

權益證明的成本幾乎是百分百的資本成本?(抵押的幣)；唯一的營運成本是運行節點的成本。這樣人們會愿意為每天每?$1?的區塊獎勵鎖住多少的資金呢？不像?ASIC，抵押的幣不會貶值，而且當你不想抵押了你還可以在一段短時間內取回質押金。因此，參與者應該會愿意為同樣程度的獎勵付出比?ASIC?的情況更高的資本成本。

讓我們假設?~15%?的報酬率足夠吸引人們抵押?(這是?eth2?的期望報酬率)。因此每天?$1?的區塊獎勵會吸引相當于?6.667?年報酬的抵押，或換算為金額為?$2,433?。節點消耗的硬件與電力成本很小，每一千元的電腦可以抵押成千上萬的資產，而且每月?~$100?的電力與網費也算足夠。但保守來說，我們假設這些經常性成本是抵押總成本的?~10%。所以我們只有每天?$0.90?的區塊獎勵對應到資本成本，因此我們還要把上面的數字減少?~10%。

Supremacy：Eden Network部署者地址私鑰遭泄露，或由profanity漏洞導致:10月14日消息，據Supremacy安全團隊監測，2022年10月14日 Eden Network的部署者地址在鏈上發起異常交易，部署者調用setMetadataManager將其元數據管理員權限轉移到攻擊者地址0x5C95123b1c8d9D8639197C81a829793B469A9f32，隨后該地址利用此權限將EDEN幣的名稱和符號修改為\"EDEN Hack Inu\"和\"EDENHACK\"，由于部署者地址對于EDEN token的admin權限早已轉移，目前攻擊暫未造成其他影響。[2022/10/15 14:28:12]

(譯注：6.667?年?=?$1?/?(15%?年報酬）；$2,433?=?$1/?天?x?365?x?6.667)

總攻擊成本：$0.90/?天?*?6.667?年?=?$2,189

長期來說，這個攻擊成本會預期會更高，因為抵押會變得更有效率，而且人們也會更能接受較低的報酬率。我個人預期這個數字最終會攀升到?$10,000?的程度。

取得這么高程度安全性的唯一「代價」就是在質押期間不方便隨意轉移質押金。甚至有可能因為人們認知到這些被鎖住的幣會造成幣的價值攀升，所以在社群流通的貨幣總數，或是能做有生產性投資的資金，都能維持不變。反觀?PoW，維持共識的「代價」是瘋狂地損耗大量電力。

微軟首席商務官：工業元宇宙具備同時提升供應鏈彈性、業務效率和可持續性的潛力:金色財經報道，微軟全球執行副總裁，首席商務官Judson Althoff在微軟官網發文《從韌性到數字恒力：各行各業利用數字技術迎接時代變革》，其中表示，工業元宇宙（Industrial Metaverse）具備同時提升供應鏈彈性、業務效率和可持續性的潛力，目前比利時的百威英博（AB Inbev）、博世（Bosch）、川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）、現代汽車集團（Hyundai Motor Group）、丹麥的諾和諾德（Novo Nordisk）都已部署微軟Azure 數字孿生（Azure Digital Twins）。[2022/7/29 2:45:37]

更高安全性或更低成本？

注意我們有兩種方式可以運用這個增加?5-20?倍的每單位成本安全性。一種方式是區塊獎勵維持現狀，并受益于增加的安全性。另一種方式是維持現有程度的安全性，并大量減少區塊獎勵?(也就是減少共識機制成本的「浪費」)。

兩種方式都行。我個人喜歡后者，因為我們下文會看到，比起工作量證明，在權益證明中一個成功的攻擊能夠造成的傷害更少，而且更容易從攻擊中復原。

權益證明更容易從攻擊中復原

Art Blocks創始人：平臺增長過快“不合理且不可持續”，不利于團隊健康發展:7月26日消息，NFT平臺Art Blocks創始人Erick Calderon（又名Snowfro）在播客節目中表示，該平臺的快速增長“感覺上不合理，且不可持續”。他補充說，加密熊市導致了“更平靜”的狀況，“讓我更容易與人類就藝術進行理性的對話。”

Calderon在談到該平臺在2021年9月和10月的迅速崛起時說：“從心理健康的角度來看，這對Art Blocks作為一個團隊來說是不健康的，對Art Blocks的藝術家也不健康。是的，他們可以一下子賺一大筆錢，但這實際上并不總是健康的，尤其是當你質疑作品的實際價值時。”

最近幾周，盡管市場處于熊市，Calderon說，“Art Blocks似乎又開始復蘇了。”這反過來又讓投機再次抬頭。但他很快澄清說，“我們對投機沒有意見，”但“我們要明確表示，這不是我們在這里的原因。當賺了一大筆錢時，我們會很開心，當賠了一大筆錢時，我們會很難過——但這些事情實際上與我們的目標無關，我們的目標是用這種新方式提供由了不起的藝術家創作的了不起的藝術作品。”

熊市似乎并沒有削弱Art Blocks的雄心。Calderon說，該平臺正在招聘新人，“我們希望Art Blocks發展壯大，我們意識到時間是關鍵，”他補充說，該平臺最近聘請了一名藝術總監。（Decrypt）[2022/7/26 2:39:08]

在工作量證明的系統，如果你的鏈遭受?51%?攻擊，你會怎么做？目前為止，實踐上唯一的應對方式一直是「慢慢等，直到攻擊者覺得無聊」。但這忽略了一種更危險的攻擊叫做「重生點埋伏攻擊?(spawn?camping?attack)」，攻擊者可以對鏈攻擊再攻擊，明確的目標就是要讓鏈無法再使用。

(譯注：重生點埋伏是一種游戲術語，在對方玩家陣亡重生的地方埋伏，造成對方玩家一重生就再陣亡，毫無回擊能力。)

基于?GPU?的系統完全沒有防御的辦法，而且持續攻擊的攻擊者可以輕易讓一個鏈永遠毫無用處?(或更實際一點，轉移到權益證明或?proof?of?authority?權威證明)。實際上，在攻擊開始后的前幾天，攻擊者的成本就會變得非常低，而誠實礦工會離開，因為他們沒辦法在持續攻擊之下取得區塊獎勵。

在基于?ASIC?的系統，社群有辦法應對第一波攻擊，但接下來的攻擊就會變得很容易。社群可以在第一波攻擊之后，硬分叉來更換工作量證明的演算法，也就是把所有?ASIC?「變磚」。但如果攻擊者愿意承受自己?ASIC?變磚的成本，接下來的情況就和?GPU?的情況一樣?(因為還沒有足夠的時間去為新算法制造與生產?ASIC)，所以在這之后攻擊者可以很便宜地持續重生點埋伏攻擊。

譯注：變磚為電子產品俚語，代表損壞后無法使用，像磚頭一樣。權益證明的情況，情況則變得非常開朗。針對一些種類的?51%?攻擊?(特別指想要推翻已經敲定的區塊)，權益證明共識有內建的?「罰沒」?(slashing)?機制，大比例的攻擊者抵押會被自動銷毀?(而且不會銷毀到其他人的抵押)。

針對其他種類的，更難偵測的攻擊?(特別指?51%?合謀截斷其他人信息)，社群可以協調一個「?少數使用者發起軟分叉?minority?user-activated?soft?fork?(UASF)」，可以大量銷毀攻擊者的資金?(在以太坊中，可以透過「消極懲罰?inactivity?leak」做到）。不需要采取「硬分叉刪除貨幣」措施。除了?UASF?需要人為協調要選擇哪個少數區塊，其余事情都是自動化的，只要遵照協定規則去執行即可。

譯注：少數區塊?minority?block?是小于?51%?抵押總數的驗證者決定出來的區塊。因此，對鏈的第一次攻擊就會耗損攻擊者幾百萬美元，而且社群可以幾天內馬上站穩腳步。第二次攻擊仍然會花費攻擊者數百萬美元，因為他們需要買新的幣去取代舊的已經燒毀的幣。再攻擊第三次，就會再燒更多的數百萬美元。局面極為不對稱，而且優勢并不會在攻擊者那邊。

權益證明比?ASIC?更去中心化

基于?GPU?的工作量證明還算合理地去中心化，因為取得?GPU?不會太難。但前面提過，基于?GPU?的挖礦難以滿足「在攻擊之下的安全性」這個準則。另一方面，基于?ASIC?的挖礦，則需要數百萬美元的資本?(而且如果你的?ASIC?是買來的，多數時候，制造商會占更多便宜)

這個資本門檻會是回答「權益證明代表富者更富」這個常見論點的答案：ASIC?挖礦也是富者更富，而且這個局面下，富者更占據優勢。權益證明的最低抵押門檻在相比之下算是很低，而且許多一般人更有機會進入。

(譯注：就文章完成當下?440?USD/ETH?的價格來看，最低抵押門檻大概是?9.3?萬人民幣。)

進一步說，權益證明更能抵抗審查。GPU?挖礦和?ASIC?挖礦很容易偵測，他們需要大量電力消耗、昂貴硬體采購、及大型廠房。另一方面，權益證明可以跑在一臺不起眼的筆電上，甚至也可以透過?VPN?做。

工作量證明可能的優勢

我認為?PoW?有兩大主要優勢，但這些優勢其實有相當的限制性。

權益證明更像個「封閉系統」，長期而言財富更加集中。

在權益證明中，如果你有一些幣，你可以抵押那些幣，并且獲得更多同種類的幣。而在工作量證明中，你總是可以獲得更多幣，但你需要一些外部資源來達成。因此，人們會認為長期而言權益證明的幣的分配會更集中。

我的回應是，在?PoS?中，報酬一般而言會很低?(所以驗證者的獲利也會低)。在?eth2，我們預期驗證者的年收益率會相當于總?ETH?供給量的?~0.5-2%。而且更多驗證者抵押，利率會更低。因此，可能要花個一世紀，整個資產集中程度才會翻倍，而且在這樣的時間跨度之下，其他促進分配的壓力?(人們想花他們手上的錢，分配資產到慈善或他們自己的子孫等等)?比較可能會占上風。

權益證明需要「弱主觀性」?(weak?subjectivity)?而工作量證明不需要。

關于「弱主觀性」的概念可以看這個原始介紹。本質上，就是節點在第一次上線，或是在離線很長一段時間之后?(數個月)?再次上線，這個節點必須要透過第三方的資源，才能決定正確的鏈頭在哪。這個第三方可以是他們的朋友、可以是交易所或區塊鏈瀏覽器、或是客戶端開發者本身、又或是其他角色。PoW?則沒有這樣的要求。

然而，這可能是一個很弱的要求。事實上，使用者本身就已經必須對客戶端開發者、或「社群」有這種程度的信任。最起碼，使用者必須信任某個人?(通常是客戶端開發者)?來告訴他們協議是什么，這個協議曾經經歷過什么更新。這在任何軟件應用中都無法避免。因此，PoS?的邊際信任成本仍然很低。

但就算這些風險最終會發生，對我而言?PoS?系統仍然利大于弊：更高的效率、應對攻擊并從攻擊中復原的能力更強。

參考來源：Proof?of?Stake?FAQ一種?Proof?of?Stake?設計哲學來源鏈接：vitalik.ca

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