PoW 與 PoS 效率之辯：是消耗資本更好，還是消耗電力更好？_POS

本文來自以太坊愛好者，原文標題：《觀點|電力之外——PoS不是救世主》，撰文：KF。

密碼學貨幣圈子內外，越來越多人寄希望于權益證明既能為我們貢獻密碼學貨幣的優點、又能避免工作量證明的耗能屬性。這種愿望終將落空，因為PaulSztorc在2015年就在「nothingischeaperthanproofofwork」一文中討論過這個問題了。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我們需要把成本和好處都考慮進去。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：

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。

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。

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

以太坊開發者：未知攻擊者試圖通過發布包含無效PoW長區塊攻擊以太坊，但并未成功:9月14日消息，以太坊開發者MariusVanDerWijden表示，今天有人試圖通過發布包含無效PoW長區塊（約550個），攻擊以太坊，但并未成功。僅一部分Nethermind節點切換到這個無效鏈。所有其他客戶端都因為無效拒絕了該長側鏈。良好的鏈在長度上已經上述側鏈。看起來攻擊者沒有在他發布的無效鏈上進一步挖掘。客戶端多樣性使以太坊更強。[2021/9/14 23:24:10]

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。

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以及正常的商業運營的成本。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。

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。

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。

VeryHash創始人孔猛：PoW最重要的就是硬件資產對于市值的支撐:由開源礦池和火幣主辦，金色算力云、鏈上ChainUP、Filecoin Beijing聯合主辦的“分布式存儲中國行暨開源礦池IPFS私享會”2020年11月25日在深圳舉行。VeryHash創始人孔猛在會上表示，價值圍繞市場平均成本波動，不管是PoS、PoW還是IPFS，挖礦模型都應該是價格導向的，我們更在意的是什么模型下對它的價格有更好的支撐，PoW最重要的就是硬件資產對于市值的支撐，PoS最大的問題支撐來自幣價，而幣價對項目方來說是零成本且可控的，IPFS在硬件的基礎上疊加了更復雜的模型，比如前置質押和后置釋放，雖然短期對價格起到了保護作用，但是縮減了流動性，長期來看流通性不足的上漲和下跌都會給項目帶來更多煩惱。[2020/11/25 22:07:43]

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。

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。

所以，有時候你看到人們討論ASIC1，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。

Kraken業務開發總監：PoW將電能轉化為數字黃金:Kraken業務負責人Dan Held在推特表示，“ PoW是關于物理的，而不是代碼。比特幣是一種超級商品，是從能源中提取的，而能源是宇宙的基本商品。PoW將電能轉化為數字黃金。”[2020/7/7]

這也是為什么人們誤解了「空間證明」類的密碼學貨幣對環境的影響。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。

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'sHardware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，因為你也需要固態硬盤來制作能夠塞滿大硬盤的BramCohenBinggoTM卡

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。

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，只是因為人類不擅長思考時間價值。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。

聲音 | BCH開發者：BCH轉PoS為不實消息，BCH主鏈依舊采用PoW共識:據報道，BCH開發者考慮轉至PoS，以實施可大幅縮短BCH匯款時間的Avalanche協議。但據BCH中文社區表示，并未聽說此消息。另向多位BCH開發者求證，開發者均回復此消息為假新聞，并沒有 BCH 要轉 POS 的消息，只是有開發者在大會上提到把 PoS 協議疊加至目前 BCH 目前使用的 Avalanche 上作為一種實現方式，但 BCH 主鏈依舊是 PoW 共識，采用 PoW 挖礦模式。（區塊律動）[2019/10/1]

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DanRobinson說的：

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，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。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。

動態 | 以太坊社區“反ASIC”爭論升級 ProgPoW開發者被批為騙子:據Trustnodes消息，關于以太坊是否采用可以阻止ASIC礦機挖礦算法ProgPoW的爭議不斷發酵，社交媒體上出現關于ProgPoW開發團隊成員或與芯片制造商Nvidia有關聯或被收買的傳言。對此，ProgPoW團隊主要成員都進行否認。此前，礦機生產商 Linzhi發表聲明，要求擱置阻止ASIC的算法，呼吁以太坊開發團隊發布關于ProgPoW算法礦機的清晰的規則和要求。[2019/1/14]

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，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。

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。

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。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？

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。

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」。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Phase0，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。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。

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。

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。

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。

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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