PoW vs PoS：加密货币共识机制大揭秘

工作量证明与股权证明：加密货币网络的安全基石

在加密货币的世界里，工作量证明（PoW）和股权证明（PoS）是两种最常见的共识机制。这些机制被主要的加密货币所采用，以确保其网络的安全性。

比特币采用工作量证明来验证交易并保障网络的安全。PoW 除了其他功能外，还能防止双重支付。区块链的安全性由称为矿工的参与者维护，他们利用计算能力竞争确认新区块和更新区块链的权利。成功的矿工将获得网络奖励的比特币。截至2021年12月，成功挖出一个比特币区块的矿工可以获得6.25个BTC加上交易费用作为奖励。

工作量证明与股权证明的主要区别在于它们决定谁有权验证一组交易的方式不同。股权证明是工作量证明最流行的替代方案，旨在改善PoW的一些限制，如可扩展性问题和能源消耗。在PoS中，参与者被称为验证者。他们不需要使用强大的硬件来竞争验证区块的机会，而是需要抵押（锁定）区块链的原生加密货币。网络会根据抵押的加密货币数量选择赢家，赢家将获得他们验证的区块中一部分交易费作为奖励。抵押的代币越多，被选为验证者的机会就越大。

工作量证明（PoW）及其工作原理

工作量证明（PoW）是由比特币网络及许多其他加密货币采用的共识算法，用于防止双重支付。这一概念由中本聪在2008年发布的比特币白皮书中首次提出。PoW决定了比特币区块链如何实现分布式共识。它用于以无需信任的方式验证点对点交易，无需第三方中介的参与。

在像比特币这样的PoW网络中，交易由矿工验证。这些参与者使用大量资源来确保网络安全且正确运行。矿工的工作包括创建和验证交易区块。为了竞争验证下一个区块的权利，他们需要使用高度专业化的挖矿硬件来解决复杂的数学难题。第一个找到有效解的矿工有权将他们的区块添加到区块链中，并获得我们称之为区块奖励的奖励。区块奖励由新生成的加密货币加上交易费用组成。不同网络的区块奖励中加密货币的数量有所不同。例如，在比特币区块链上，成功的矿工可以从每个区块奖励中获得6.25个BTC加上费用（截至2021年12月）。然而，每210,000个区块（约每四年）新生成的BTC数量会因一种称为减半的机制减少50%。

股权证明（PoS）及其工作原理

股权证明（PoS）是2011年作为工作量证明的替代方案引入的共识算法，旨在克服PoW网络的可扩展性限制。PoS是第二受欢迎的算法，被像币安币（BNB）、索拉纳（SOL）和卡尔达诺（ADA）等加密货币采用。尽管PoW和PoS有相同的目标，即在区块链中达成共识，但PoS确定谁验证交易区块的方式不同。PoS区块链上没有矿工。PoS验证者依靠他们的加密货币持有量，而不是依赖强大的计算机来竞争区块验证权。

要有资格验证一个区块，参与者需要在区块链上的特定智能合约中锁定一定数量的代币。这个过程称为抵押。PoS协议然后会指定一个参与者来验证下一个区块。根据网络的不同，这个选择可以是随机的，也可以是根据他们的持有量（抵押）来决定。被选中的验证者可以从他们验证的区块中获得交易费作为奖励。通常情况下，他们锁定的代币越多，被选中的机会就越大。

工作量证明与股权证明的区别

尽管两者都是确保区块链网络安全的共识机制，但它们之间存在一些差异。最大的区别当然是PoW和PoS如何决定哪个参与者验证新交易。为了更清晰地理解，让我们看下面的表格：

谁可以挖矿/验证区块？计算能力越高，挖到区块的概率就越高。抵押的代币越多，越有可能验证新区块。如何挖矿/验证区块？矿工使用他们的计算资源竞争解决复杂的数学难题。通常，算法随机确定赢家，同时考虑抵押的代币数量。挖矿设备专业挖矿硬件，如ASIC、CPU和GPU。任何具有互联网连接的计算机或移动设备。如何分配奖励？第一个挖到区块的人获得区块奖励。验证者可以从他们验证的区块中获得一部分交易费作为奖励。网络如何被保护？哈希值越大，网络就越安全。抵押将加密货币锁定在区块链上以保护网络。

股权证明是否优于工作量证明？

股权证明的支持者认为，PoS在可扩展性和交易速度方面比PoW有优势。据称，与PoW相比，PoS代币对环境的危害更小。相反，许多PoW的支持者认为，作为一项较新的技术，PoS尚未在网络安全方面证明其潜力。PoW网络需要大量的资源（挖矿硬件、电力等），这使得它们攻击起来更加昂贵。这对于作为最大PoW区块链的比特币尤其如此。

如前所述，以太坊（ETH）预计将在以太坊2.0升级中从PoW转换为PoS。ETH 2.0是以太坊网络的长期期待的升级，旨在提高其性能并解决其可扩展性问题。在以太坊实施PoS后，任何拥有至少32个ETH的人都可以通过抵押成为验证者并获得奖励。

集中化风险

在工作量证明区块链上，挖矿涉及使用计算能力来对区块数据进行哈希运算，直到找到一个有效的解决方案。对于今天的主要加密货币来说，解决方案变得越来越难以找到，而猜测大量哈希值的过程在硬件和电力方面可能非常昂贵。

因此，一些矿工更喜欢将他们的挖矿资源集中在挖矿池中，以便有更大的机会获得区块奖励。一些大型挖矿池投资数百万美元并控制数千台ASIC挖矿硬件，以尽可能产生更多的哈希能力。截至2021年12月，前四大挖矿池共同控制了大约50%的比特币总哈希能力。挖矿池的统治地位使得个人加密爱好者独自挖出一个区块变得更加困难。

那么挖矿的去中心化程度如何呢？一方面，网络上仍然没有单一实体可以控制确认。如果发生这种情况，可能发生51%攻击，网络将失去其价值。有人可能会争辩说，虽然挖矿仍然是去中心化的，但它不再是高度去中心化的。某些地区、挖矿设备生产商和能源生产商仍然主导着挖矿，并降低了工作量证明区块链的整体去中心化程度。

股权证明共识机制采取了不同的方法，用抵押取代了挖矿能力。这种机制降低了个人确认交易的门槛，减少了对位置、设备和其他因素的依赖。你的抵押权仅由你拥有的代币数量决定。然而，大多数PoS网络要求你运行一个验证节点才能开始确认交易。这可能运行起来昂贵，但不像几个挖矿设备那么昂贵。然后用户将他们的代币抵押在特定的验证者背后，给我们提供了一种类似于挖矿池的模式。因此，虽然股权证明对普通用户来说更容易参与，但它仍然容易受到与挖矿池相同的集中化问题的影响。

安全风险

除了集中化风险外，前四大挖矿池拥有比特币网络的大多数哈希能力的事实可能会增加51%攻击的风险。51%攻击指的是一个恶意行为者或组织通过控制超过50%的总网络哈希能力对区块链系统进行的潜在攻击。攻击者可以覆盖区块链共识算法并实施恶意行为以自利，如双重支付、拒绝或更改交易记录，或阻止其他人挖矿。然而，由于其网络的规模，这在比特币上不太可能发生。

相反，如果有人要攻击一个PoS区块链，他们必须拥有网络上超过50%的代币。这将导致市场需求和代币价格上涨，可能会花费数十亿美元。即使他们确实实施了51%攻击，他们抵押的代币价值也会随着网络被破坏而急剧下降。因此，对于使用PoS共识的加密货币来说，尤其是大市值的加密货币，发生51%攻击的可能性不大。

股权证明的缺点

许多人认为股权证明是工作量证明的一个更好的替代方案，但值得注意的是，PoS算法也有其不足之处。由于奖励分配机制，抵押更多资产的验证者可以增加他们验证下一个区块的机会。一个验证者积累的代币越多，他们可以抵押并赚取的代币就越多，有些人批评这是“让富人更富”。这些“更富有”的验证者还可以影响网络上的投票，因为PoS区块链通常授予验证者治理权。

另一个担忧是采用PoS的小市值加密货币的安全风险。如前所述，51%攻击不太可能发生在像ETH或BNB这样更受欢迎的加密货币上。然而，市值较低的数字资产更容易受到攻击。攻击者可能能够获取足够的代币以对其他验证者获得优势。他们可以通过频繁地被选为验证者来利用PoS系统。他们赚取的奖励随后可以用于进一步的抵押，并增加他们在下一轮中被选中的机会。

结束语

工作量证明和股权证明在加密生态系统中各有其地位，很难确定哪种共识协议更有效。PoW可能因挖矿过程中产生的高碳排放而受到批评，但它已被证明是保护区块链网络的安全算法。然而，随着以太坊从PoW转向PoS，股权证明系统在未来可能更受新项目的青睐。