PoS机制详解：质押挖矿，躺赚利息？

一文读懂 PoS：权益证明机制详解

你是否听说过 PoS？它是权益证明（Proof of Stake）的缩写，一种早在 2011 年区块链发展初期就被提出的共识机制。它最大的特点是不需要像传统挖矿那样，依赖庞大的电脑算力。

简单来说，PoS 机制不需要你花费大量资金购买矿机、支付高额电费。它的出现，就是为了解决工作量证明（PoW）机制带来的能源消耗问题，提供一个更环保的替代方案。

对于想要参与区块链“挖矿”的投资者来说，PoS 的门槛更低，操作也更简单，几乎人人都可以参与。相比 PoW 机制，它也更加环保。

PoS 的核心原理是，区块链网络中存在多个节点，节点通过质押代币的方式来竞争记账权。谁能获得记账权，主要取决于投资者质押代币的数量和时间。

质押的代币越多、时间越长，成为区块验证者并获得记账权的概率就越高。同时，投资者参与质押挖矿，实际上也是在帮助区块链网络扩展，因此也会获得相应的报酬，类似于持有股票获得分红，只是两者本质不同。

相比之下，PoW 机制需要消耗大量电力和算力才能获得记账权，PoS 机制则可以有效解决能源消耗问题，提升安全性，降低中心化风险，同时提高验证效率。

PoS 机制如何运作？

传统的 PoW 机制依赖由多个节点连接而成的分布式网络。按照共识机制的运算规则，矿工需要通过矿机不断计算随机数，并将计算出的 Hash 值发送至节点，直到最终结果符合算法设定的范围，才能成功打包区块，并将链上数据同步到其他节点，达成共识。

而 PoS 机制则有所不同。它通过算法，根据各个节点在区块链上质押代币的数量来选出验证者。只有成功争取到验证节点，才能获得记账权。

具体来说，质押代币越多的一方，获得验证节点、提出区块并打包的概率就越高。然后，该区块的数据会同步到整个区块链网络中，其他节点则会根据质押代币的数量来验证该区块的合理性。

因此，PoS 机制不需要像 PoW 机制那样购买矿机、消耗能源来争取记账权，而是通过投资者在链上智能合约中质押代币来实现。

换句话说，PoS 机制是以购买代币的成本，取代了 PoW 机制的矿机运行成本。

币龄和利息

智能合约上的 PoS 机制还会计算币龄（CoinAge），以随机方式选择下一个区块的验证者。币龄越大，争取记账权的概率越高。

此外，币龄也会用来计算获得记账权时，能够获得多少利息奖励。每个代币每天都会产生一个币龄。

币龄的计算公式为：币龄 = 代币质押天数 × 质押代币的数量。例如，你质押 100 个代币，10 天后争取到记账权，那么你的币龄就是 1000。

币龄所获得的利息奖励计算公式为：利息 = 币龄 × 该代币的年利率 ÷ 365。例如，你的代币年利率是 12%，那么你可以获得 1000 × 12% ÷ 365 = 0.328 个代币的利息奖励。

币龄会归零并重新计算，以避免大量代币质押的节点垄断区块链。

需要注意的是，质押代币的年利率是参考年化报酬率，每天都会变动，并不代表质押结束后能拿到相应的值，仅供参考。

总而言之，增加争取记账权概率的条件有以下三点：

• 质押代币数量越多
• 质押时间越久
• 距离上次获得记账权的时间越久

PoS 机制下的质押挖矿适合长期持币、不经常动用资产的投资者。在持币期间，可以获得代币利息，就像持有股票获得分红一样。

但需要注意的是，和股票一样，质押的资产也会有无法动用的时间。在质押期间或提前赎回质押资产时，都需要等待一段时间才能拿回。

因此，在质押时需要考虑的风险是，如果币价下跌，你可能无法及时拿回资产。

PoS 的优缺点

PoS 机制是为了解决 PoW 机制的缺点而提出的解决方案，但也因此会牺牲区块链“不可能三角”中的一些优势来弥补缺点。

下面我们通过条列式的方式，简单说明 PoS 的优缺点。

优点

• 相比 PoW 机制，PoS 不需要担心矿机设备供不应求的问题。
• 在 PoS 的质押代币机制下，可以减少恶意攻击者控制 51% 以上权益节点的概率。
• 更符合环保理念，大幅节省资源能源消耗。
• 交易验证效率和性能相比 PoW 更快，缩短达成共识所需的时间。

缺点

• 如果区块链分叉成两条链，质押的代币在两条链上都能获得利息，可能会影响区块链的通货膨胀。
• 大量代币集中在某一节点上，很可能会演变成资本主义，失去原有区块链的信念。
• 缺乏外部稀缺性，使得质押代币不用支付太多成本，很可能会造成严重的区块链币价支撑问题。
• 质押的代币无法马上取回，如果币价暴跌，可能会发生赚了利息赔了本金的问题。

因此，我们可以理解 PoS 机制虽然有很好的优势，但也伴随着相应的风险。这也是区块链“不可能三角”问题：只要两方面得到提升，必然有一方会处于弱势。

那么，在 PoS 机制中，牺牲了哪些因素呢？

区块链的“不可能三角”指的是，目前没有任何一种共识机制可以完美地同时兼顾以下三个特性：去中心化（Decentralization）、可扩展性（Scalability）、安全性（Security）。

虽然在 PoS 机制下，投资者可以通过质押代币的方式获得稳定的利息收入，满足“安全性”和“可扩展性”的需求，但也伴随着富者越富的风险，而丧失“去中心化”。因此，该机制仍然存在风险和限制。

PoS 与 PoW、DPoS 的差异

我们已经了解，PoS 是通过质押代币的方式在区块链上争取记账权，并获得相应的代币利息奖励。

虽然其中的原理很像购买股票领取分红，但实际上背后的定义并不一样。那么，还有哪些常见的共识机制，它们之间又有什么差异呢？

下面我们将通过条列式和表格的方式，详细说明 PoS、PoW 和 DPoS 的差异，以便大家理解。

• PoS：权益证明（Proof of Stake），是针对 PoW 机制产生的问题而提出的共识机制。它通过质押代币的数量来争取记账权。虽然解决了能源消耗问题，但并未有效改善性能、效率和扩展性问题，因此后来又衍生出改良版的 DPoS 机制。
• PoW：工作量证明（Proof of Work），是区块链最早出现的共识机制，也是比特币采用的机制。它通过矿机设备的算力来争取记账权。但相比其他两种机制，PoW 的能源消耗更高，性能效率和扩展性也较差。因此，PoS 机制作为替代方案来解决这些问题。
• DPoS：代理权益证明（Delegated Proof of Stake），与 PoS 机制原理相同，差异在于增加了选择若干名见证者的环节，类似于投票。通过投票选出见证者，由他们负责管理验证和记账。这种机制能够大幅降低节点数量，从而提升性能效率和扩展性，但相对地，权力会集中在少数节点上，牺牲了安全性和去中心化。

通过以上对比，我们可以了解到，除了 PoW 机制需要通过矿机设备的算力来争取记账权，其余两者都是通过质押代币的数量来争取记账权，区别在于是否有代理人负责管理交易的验证和记账。

共识机制的演变历程

PoW 机制通过算力争取记账权，在区块链上构建区块的人被称为矿工，挖矿需要支出的成本包括矿机设备、电力能源等。

此外，在“不可能三角”理论中，由于节点验证需要全部节点共同验证，容错率较高，因此无法满足“可扩展性”的需求。

PoS 机制针对 PoW 机制的能源消耗缺点而改变共识机制，以低能源消耗的质押代币方式来争取记账权。

此时，在区块链上构建新区块的人称为验证者，这种机制有效改善了原先的高设备成本门槛，使得各个投资者都可以通过交易所参与质押挖矿。

DPoS 机制改良了 PoS 机制在“不可能三角”理论中的“可扩展性”不足之处，以见证者代理多个节点的验证与记账工作来减少节点数量，从而提升前两者机制的性能效率。

总结

区块链的 PoS 机制是针对 PoW 机制产生的能源消耗浪费、交易速度缓慢及扩容性差等问题而提出的替代方案。

它也是对区块链未来发展方向的一种探索，旨在解决地球暖化、能源浪费等问题。

尽管 PoS 机制相比 PoW 机制有较多优势，但从另一个角度来看，如果某个节点拥有大量的代币，就可能垄断区块链，从而失去“去中心化”的特性。

然而，现阶段没有一种完美的共识机制可以解决所有问题，各个项目方都在致力于开发一种在“去中心化”、“可扩展性”、“安全性”三方面都能达到极大化的共识机制。