什么是权益证明（PoS）？它与工作量证明（PoW）有什么不同？

权益证明（PoS）是一种共识协议，通过锁定加密货币来保护网络安全。与比特币发明的工作量证明（PoW）机制相比，PoS 的能耗更低。本文将探讨权益证明的运作机制及其与工作量证明的区别。

权益证明（PoS）简介

权益证明是一种共识机制，旨在保障区块链网络的安全，确保只有合法的交易才会被添加到区块链中。该机制的运作方式是让验证者锁定自己的加密货币，以保护网络安全。加密货币挖矿的能耗很高，但人们正在努力寻找更加生态友好的解决方案。以太坊社区希望改变加密货币的创造机制，从而大幅减少区块链的碳足迹。这种方法名为“权益证明”（缩写为 PoS）。

权益证明（PoS）和工作量证明（PoW）都属于共识机制。PoS 可替代比特币和以太坊目前使用的 PoW 机制。

共识机制

公共区块链最基本的功能就是数据库。大部分数据库的管理员都有权限管理谁有权访问数据库以及修改数据库。这种中心化控制十分便捷，但也使数据库特别容易受到黑客攻击。而区块链则让每名用户都对数据更新负责。这就是区块链使用共识机制（也称为共识算法）的原因。共识机制确保只有合法的交易才能被添加到区块中，从而保障网络正常运行。区块链网络的各节点共同进行交易验证。这些节点指的是为特定区块链运行软件的计算机，从而保护网络免受攻击，特别是臭名昭著的51%攻击（攻击者试图控制网络中50%以上的计算能力，从而操纵网络）。

工作量证明

比特币采用“工作量证明”共识算法，以防止攻击导致重复消费等问题。

本文将深入探讨工作量证明的基本原理。

该机制要求矿工使用硬件和电力来支持网络交易。工作证明机制下的矿工（更确切地说，是矿工的计算机）尝试解决极其困难的难题，率先解决的则能够生成下一个交易区块。矿工负责验证交易的合法性，并在区块链分布式账本中保存可靠的记录。作为补偿，他们会收到加密货币。如果是比特币网络，他们收到的就是比特币。

工作量证明已被纳入比特币的概念，以太坊等许多其他加密货币也采用该机制。然而，这一机制的局限性在于对电力和硬件的高需求，尤其是需要高性能的机器来保障交易安全。你知道吗？研究表明，比特币网络目前的年耗电量已经超过了阿根廷或波兰整个国家的年耗电量。巨额的能源消耗凸显了开发能效更高的共识机制的重要性，如以太坊的做法。

权益证明以太坊2.0

以太坊开发人员正在构建一套被称为以太坊2.0的网络升级。以太坊2.0将基于权益证明共识运行，最终将与以太坊主网合并。

以太坊2.0的权益证明旨在实现与工作量证明相同的结果。权益证明可以安全地验证区块链上的交易。但是，使用工作量证明机制的矿工会耗费大量硬件资源（如电力和计算能力）来确保网络安全，而使用权益证明机制的验证者则使用加密货币来实现同样的目标。

权益证明机制下，验证者要想参与验证区块内的交易并随后获得加密货币奖励，就必须锁定或“质押”至少32枚以太币，质押后不可挪作他用。区块链通过锁定加密货币来确保网络安全。根据以太坊基金会的说法，权益证明与工作量证明相比有几个优势。

工作量证明对比权益证明

在权益证明机制下赚取加密货币奖励并不依赖于计算能力，因此不需要特别强大的硬件。这让更多的人有机会参与以太坊节点的管理，促进了去中心化，并增强了抵御攻击（尤其是51%攻击）的防护能力。

由于对硬件的要求较低，权益证明的能耗远远低于工作量证明。

工作量证明（PoW）的缺点：

• 需要非常强大的设备，而仅有少数公司能够拥有这类设备，因此加强了中心化（如 Bitmain）；

• 高昂的能源成本；

• 网络饱和时交易成本高。

权益证明（PoS）的缺点：

• 安全性低于工作量证明；

• 早期投资者占有很大优势；

• 可用代币受限。

网络如何选择区块验证者？

验证者由网络随机选择，然后生成新区块。它们还被随机分组为128个节点组成的委员会，组内节点每天都会更换。每次创建一个新的交易区块并将其添加到区块链数据库时，权益证明共识机制都会选择几个委员会来证明所提的区块是正确的。验证者可以通过创建区块和证明其他区块的创建来获得奖励。

如果验证者离线或未能准确验证，则会受到被称为“罚没”的处罚。如果验证者试图破坏网络，就有可能失去全部已质押代币。这种算法设计使得攻击网络的人即使成功也会付出比用资源保护网络安全更高的代价。根据 Consensys 的研究，攻击者需要控制网络中三分之一的验证者从而控制委员会中三分之二的验证者，成功攻击的几率不到十亿分之一。

使用权益证明（PoS）的顶级项目

Cardano：Cardano 是一个完全开源、去中心化的公共区块链和加密货币项目。Cardano 正在开发一个智能合约平台，旨在提供比以前开发的任何协议都更先进的功能。它是第一个以科学理念和研究为先驱动方法发展起来的区块链平台。开发团队由全球众多专家工程师和研究人员组成。

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Solana：Solana 是一种单链的委托权益证明协议，注重可扩展性的同时不牺牲去中心化或安全性。

Solana 扩展解决方案的核心是名为“历史证明”（Proof of History，PoH）的去中心化时钟，旨在解决分布式网络中的时间问题，因为在这种网络中缺少单一、可信的时间源。通过采用可验证的延迟函数，PoH 使每个节点都能在本地通过 SHA256 计算生成时间戳。这样就不需要在网络上广播时间戳，从而提高了整个网络的效率。

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Polkadot：Polkadot 的开发正在按部就班地推进，以提供安全性、可扩展性和创新性最强的平台。目前，Polkadot 正处于治理和移除 Sudo（管理员权限）模块的发布阶段。

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结语

以太坊并不是第一个使用权益证明的加密货币。Algorand、Cardano、Cosmos、EOS、Polkadot 和 Tezos 都采用了某种版本的权益证明。值得注意的是，以太坊网络目前正处于向以太坊2.0过渡的早期阶段。虽然人们已经在该网络上质押了 ETH，但它还未完全投入使用。

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