V神：為什么以太坊會選擇PoS？_ASI

與POW相比，POS的優勢在哪里？

撰文：Vitalik Buterin

編譯：Tyronepan-Bifrost Finance

編者按：今天，也就是9月15日，以太坊將發生其歷史上最大的協議升級——The Merge，完成之后，共識機制將從POW轉向POS。在這個特別的日子，小編帶大家回味V神在2020年推特上發布的一篇名為《Why Proof of Stake（Nov 2020）》的文章。V 神認為， PoS （權益證明）共識機制下的區塊鏈網絡， 比PoW （工作量證明）更安全，面臨攻擊的防御措施比后者更完善，且參與驗證的門檻更低。

相較于 PoW（工作量證明）共識機制，PoS是一種更優的區塊鏈安全機制，主要有三個原因：

最簡單的比較方法就是將兩者并列，看看每天每 $1 的區塊獎勵下攻擊一個網絡的成本是多少。

- 基于 GPU 挖礦的 PoW

租用 GPU 是很便宜的，所以攻擊網絡的成本只是租到足夠的 GPU 超越現有礦工的成本。每 $1 的出塊獎勵，現有礦工應該花費 $1 左右的成本（如果花費多了，礦工會因為無利可圖而退出；如果花費少了，新的礦工可以加入進來，獲取高額利潤）。因此，攻擊網絡只需要每天暫時花費超過 $1 ，而且只需要幾個小時。

V神：分片是以太坊可擴展性的未來:V神發文表示，分片是以太坊可擴展性的未來，它將是幫助以太坊生態系統支持每秒數千筆交易，并允許世界上大部分人用可以承受的成本定期使用以太坊平臺的關鍵。他在文中解釋了分片提供的特定屬性，分片與沒有分片的其他技術有何不同，以及為達到這些屬性而必須做出的犧牲。他表示，分片的主要目標是盡可能地復制傳統（非分片）區塊鏈最重要的安全屬性，而無需每個節點親自驗證每筆交易。[2021/4/8 19:57:24]

攻擊總成本：約 $0.26 (假設攻擊時間為6小時)，隨著攻擊者獲得出塊獎勵，有可能降至零。

- 基于 ASIC 芯片挖礦的 PoW

ASIC 芯片是一種資金成本，可以預期它在磨損、或被更好的硬件淘汰之前還能用 2 年左右。如果一條鏈遭到 51% 攻擊，社區很可能會通過改變 PoW 的算法來應對，如此 ASIC 芯片將失去價值。平均來說，挖礦約 1/3 的持續成本和 2/3 的資金成本。因此，每天每$1 的出塊獎勵，礦工將花費約$0.33 的電費+維護費，還有約$0.67 的 ASIC 成本。假設一個 ASIC 芯片的壽命約為 2 年，那么礦工需要在該數量的 ASIC 硬件上花費 $486.67 。

聲音 | V神：以太坊在伊斯坦布爾升級后每秒將可處理3000個交易:金色財經報道，以太坊創始人V神（Vitalik Buterin）最近發推文概述了以太坊即將進行的一些升級。其中包括帳戶抽象，一流的智能合約錢包；Casper權益證明；資源高效的輕型客戶端；伊斯坦布爾后升級后可實現3000+ TPS

（每秒處理3000多個交易）；非交互式ZKP，可實現隱私和可擴展性；staking將得到獎勵；TPS將在分片后更高。據悉，以太坊的伊斯坦布爾升級目前定于12月初進行。[2019/11/25]

攻擊總成本：$ 486.67（ASIC）+$0.08（電費+維修費）=$ 486.75

不僅使用 ASIC 芯片挖礦的 PoW 中攻擊成本變高了，提供這種高成本攻擊防范的同時使得整個網絡趨于中心化，因為礦工加入的門檻也變高了。

- 權益證明PoS

權益證明中幾乎全部是資金成本（存入的幣），唯一的運營成本是運行節點的成本。現在，大家愿意鎖定多少資本來獲得每天 $1 的獎勵呢？與使用 ASIC 不同的是，存入的幣不會發生折舊，當質押完成后，經過短暫的等待期便可以取回質押的幣。因此，參與者應該愿意為同樣數量的獎勵支付更高的資金成本。

聲音 | V神：有興趣用隱私技術支持以太坊發展:V神在Twitter上回答網友問題時表示，“我正在關注不同隱私技術之間的討論，主要是為了看看哪些隱私計劃有助于支持以太坊的第二層。”[2019/5/12]

我們假設，約 15% 的回報率足以激勵人們去押注（這就是以太坊 2.0 的預期回報率）。那么，每天$1 的獎勵將吸引 6.667 年的存款回報，即$2433。一個節點的硬件和電費成本很少，而一臺千元電腦的成本可支持質押幾十萬元美元的資金，每個月約$100 的電費和網費足以滿足這樣的需求。但保守的說，這些持續成本占到了質押總成本的 10% 左右，所以每天只有約$0.9 的獎勵，最終對應的是資金成本，所以需要把上面的數據減少約 10% 。

攻擊總成本：$0.9每天*6.667年= $2189

從長遠來看，隨著質押率的提高，這一成本預計會更高。我個人預計這個數字最終會上升到 $10000 左右。

維持這種安全體系唯一的“成本”只是在于押注中的資產不具有流動性。甚至可能會出現這樣的情況：公眾知道這些資產都被鎖起來會導致幣價上升，所以在社區里漂浮著準備進行投資的資金總量保持不變! 而在 PoW 中，維持共識的“成本”是消耗大量的電力。

聲音 | V神：已經準備退位 以太坊沒有我也絕對會存活下去:以太坊創始人Vitalik Buterin在推特上表示，就算沒有我，以太坊網絡也“絕對會存活下去”。在被問及將來是否會從以太坊上退居二線時，V神表示，“已經在進行中了，大部分研究工作現在都是由Danny Ryan、Justin Drake、Hsiao-Wei Wang等人完成的。”[2018/10/6]

- 安全性更高還是成本更低？

有兩種方式可以在低成本中實現 5-20 倍的安全增益。一種是保持出塊獎勵不變，從提高安全性中獲益；另一種是大規模減少出塊獎勵（從而減少共識機制的“浪費”），保持安全水平不變。

兩種方式都可以。我個人更傾向于后者，因為我們在下面會看到，在權益證明中，即使是成功的攻擊也比工作量證明的攻擊危害要小得多，也容易恢復得多!

在 PoW 網絡中，如果你的鏈受到鏈 51% 攻擊，你都能做什么？到目前為止，實踐中唯一的應對措施就是 “等到攻擊者主動撤銷攻擊”。但這忽略了一種更危險的攻擊可能性，這種攻擊叫做產卵營攻擊（Pawn Camping Attack），攻擊者一次又一次地進行攻擊，目的很明確，就是為了使整條鏈癱瘓。

V神：與ASIC挖礦對抗并不容易，所以PoS權益證明是最好的:今晚V神在王峰十問上表示：ASIC太中心化了，我知道現在比特幣領域里，有一個人生產了市場上的絕大多數ASIC礦機，而且已經開始使用這些礦機進行挖礦了。一些工作量證明（PoW）算法開始抵抗ASIC挖礦，而且是去中心化的。但是今年，我們發現很多抵制ASIC挖礦的加密貨幣都受到了攻擊，這些事件表明，與ASIC挖礦對抗并不是一件容易的事情。所以，不管是對ASIC挖礦友好的工作量證明（PoW），還是抵制ASCI挖礦的工作量證明（PoW），其實看上去效果都不是很好，因此我覺得權益證明（PoS）是最好的。[2018/6/22]

在一個基于 GPU 的系統里，沒有任何防御措施，一個持久性的攻擊者可以輕而易舉地使整條鏈永久癱瘓（或者切換到 PoS 或 PoA ）。事實上，在進行攻擊的幾天后，攻擊者的成本可能降至非常低，因為誠實的礦工無法在被攻擊的鏈中得到出塊獎勵，從而退出。

在基于 ASIC 的系統中，社區可以應對第一次攻擊，但隨后又變得束手無策。首先社區會通過硬分叉改變 PoW 算法來應對第一次攻擊，從而將所有 ASIC （攻擊者的和誠實礦工的）“鎖定”。但如果攻擊者愿意承受這最初的費用，在這之后情況就會恢復到與 GPU 的情況一樣（因為沒有足夠的時間來構建和為 ASIC 分發新算法），所以攻擊者可以廉價地繼續產卵營攻擊，這是不可避免的。

當然在 PoS 的情況下會好很多。對于某些類型的 51% 攻擊（特別是回滾最終確定的區塊），在權益證明中有一個內置的“懲罰（Slashing）”機制，通過這個機制，攻擊者的大部分股權（并不包括其他人的）將被自動銷毀。對于其他更難發現的攻擊（51%的聯盟審查- A 51% coalition censoring everyone else），社區可以在少數用戶激活的軟分叉（UASF）上進行協調，攻擊者的資金再次被大部分銷毀（在Ethereum中，這是通過 “Inactivity Leak Mechanism” 完成的）。不需要明確的 “硬分叉貨幣消除”，除了要求在 UASF 上協調選擇少數區塊外，其它都是自動的，只需要按照協議規則執行即可。

因此，第一次攻擊該鏈將使攻擊者損失數百萬美元，而社區將在幾天內恢復正常。第二次攻擊仍然會讓攻擊者損失數百萬美元, 因為他們需要購買新幣來替換被銷毀的舊幣，而第三次則會花費更多的成本。這個游戲是不對稱的，對攻擊者非常不利。

基于 GPU 挖礦的 PoW 是合理去中心化的，得到一個 GPU 并不難。但基于 GPU 的挖礦在我們上面提到的 “安全性 “標準上基本不合格。而基于 ASIC 的挖礦，則需要幾百萬美元的資金才能進入（如果你從別人那里購買 ASIC，大多數時候，礦機制造公司的獲利要更多）。

這也是常見的 “權益證明意味著富人更富 “論點的正確答案。ASIC 的挖礦也意味著富人更富，而且這個游戲只限于富人。至少在 PoS 中，質押所需的最低金額相當低，很多普通人都能承受。

另外，PoS 更耐審查。GPU 和 ASIC 挖礦都是非常容易被發現的：它們需要大量的電力消耗、昂貴的硬件采購和大型倉庫。而 PoS 則可以在一臺不起眼的筆記本電腦上完成，甚至可以通過 VPN 完成。

我認為 PoW 有兩個真正優勢，盡管我認為這些優勢很薄弱。

1. PoS 更像是一個 “封閉的系統”，財富集中需要很長時間。

在 PoS 中，如果你有一些幣，你可以質押它們獲得更多的獎勵。在 PoW 中，你可以不停賺取更多獎勵，但你需要更多外部資源。因此，我們可以說從長期來看，PoS 中幣的分配有可能變得越來越集中。

在 PoS 中普遍的獎勵（驗證人收入）很低；在以太坊 2.0 中，我們預計每年的驗證人獎勵相當于 ETH 的總供應量約 0.5-2% ，而驗證人越多，利息就越低。因此，集中化可能需要一個多世紀的時間才能翻倍，而在這樣的時間尺度上，其它的壓力（人們想要花錢、把錢分配給慈善機構或子女之間等）很可能會占據主導地位。

2. PoS需要 “弱主觀性（weak subjectivity）”， PoW則不需要

關于 “弱主體性 “的概念，（請看V神的原文介紹）。本質上，當一個節點第一次上線，或任何一個節點在離線很長一段時間（即多個月）后上線時，該節點必須找到一些第三方來源來確定正確的鏈頭。這可能是他們的朋友、交易所、區塊搜索網站、客戶端開發者等等。但 PoW 沒有這個要求。

可以說這個要求很容易實現，用戶需要在某種程度上信任客戶端開發者或社區所提供的內容。至少，用戶需要相信有人（通常是客戶端開發者）來告訴他們協議是什么，以及協議的任何更新。這在任何軟件應用中都是不可避免的。因此，PoS 所帶來的邊際額外信任要求還是相當低的。

即便此間可能確實存在一定風險，但我還是相信PoS網絡擁有遠超于 PoW網絡的效率以及恢復能力。

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