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我们今天所知的加密货币的成功归功于其各种共识机制背后的各种财务激励。大多数广泛使用的共识机制都属于工作量证明或股权证明的类别。还有许多其他机制,但在加密货币世界中,这两种是最常见的。在本文中,我们将对它们进行分析和比较。要了解工作量证明或权益证明适合的位置,首先,我们需要了解什么是共识——
我们现在都知道,区块链是一种分布式账本数据库,它维护着不断增长的交易记录列表,这些交易记录被排序到块中,并提供各种防止篡改和修改的保护。简单来说,它是一个包含无法篡改的交易数据的区块链。与流行的看法相反,区块链技术早在比特币发明之前就已经存在。 Satoshi Nakamoto 刚刚想出了如何使用区块链来创建一种数字货币形式。他解决的最大的金钱问题是双花问题。如果一种形式的钱可以花两次,即使它发生在百万次之内,也将是灾难性的失败。在任何成员都无法识别另一个的去中心化或分布式系统中,存在一个固有的问题。系统中有许多参与者,其中一些可能会违背网络的利益。为了让像区块链这样的网络正常工作,每个参与者都必须始终就同一版本的事实达成一致。如果在用作数字货币的网络内部存在相互矛盾的真相版本,则可能导致同一货币的双重支出以及许多其他问题。这个问题被称为拜占庭将军问题。你怎么确定哪个版本的真相是真实的?
为了解决这个问题,我们需要一种机制来确定每个人都同意的真相的一个版本。该机制称为共识机制。在民主国家,使用的共识是在每个人的投票权重相同的情况下进行投票。在密码学中,有许多不同的方式达成共识,在不同情况下取得不同程度的成功。其中之一是工作量证明。
工作量证明的概念是由 Hal Finney 在 2004 年通过使用 SHA-256 散列算法的“可重复使用的工作量证明”的想法提出的。后来它被中本聪采纳为比特币网络的一个组成部分。芬尼也是第一个收到比特币交易的人,大概是中本聪本人。
中本聪通过使用工作量证明机制成功解决了拜占庭将军问题,以便为区块链建立清晰、客观的规则集。为了向区块链添加称为区块的信息,网络成员必须发布证据,证明他们为创建区块投入了大量工作。这项工作包括每台计算机都试图对一个极其随机的数字做出正确的猜测,随着时间的推移变得越来越复杂。这项工作给创作者带来了巨大的成本,并且随着时间的推移成本越来越高,从而激励他们发布诚实的信息。
因为规则是客观的,所以不能对比特币网络上的信息产生分歧或干预。管理哪些交易有效和哪些交易无效的规则集也是客观的,确定谁可以铸造新比特币的系统也是如此。此外,一旦一个区块被添加到区块链中,就不可能在不创建整个区块链的新版本的情况下删除,这使得比特币的过去不可改变。
然而,工作量证明确实有一些缺点。最大的一个是,由于该协议消耗越来越多的能源,因此存在很多环境问题。比特币网络比爱尔兰和荷兰等许多小国消耗更多的能源。根据 2018 年的一份报告,尽管比特币挖矿使用的能源中约有 80% 是绿色能源,但仍然使用了大量能源,加密社区以外的人可能会认为这是一种浪费。
另一个问题是 51% 攻击的可能性。这种攻击是指恶意行为者可以访问超过 50% 的网络,此时他们可以阻止新交易获得批准或双花资金,从而导致整个网络崩溃。在这一点上,几乎不可能在比特币网络上进行 51% 的验证,但其他一些使用工作量证明的小型区块链更容易受到攻击。该网站会跟踪工作量证明区块链以及对其网络进行 51% 攻击的成本。
然而,还有其他类型的共识协议可以解决这些问题以及更多问题。其中之一是快速普及的权益证明。
2011 年 7 月,用户 QuantumMechanic 在 Bitcointalk 论坛上首次提出了权益证明。它已成为当今大多数新区块链的首选共识协议。随着 Eth 2.0 的推出,即使是以太坊也准备将其当前的工作量证明共识协议转变为股权证明。
在权益证明共识机制中,不是使用大量的计算能力和能量来求解方程,而是将加密货币质押或锁定在区块链上的池中以获得处理交易的权利。加密货币必须被抵押以处理交易的时间长度可能会有所不同,节点必须锁定的最低代币数量也是如此。从逻辑上讲,您质押的加密货币越多,您处理交易和创建区块的可能性就越大。权益证明实施的每个版本都有某种机制来随机选择谁来批准交易,否则,最大的利益相关者将批准每笔交易。
与工作量证明相比,权益证明有一些相当大的优势。最大的一个是安全。 PoS 以一种使攻击对攻击者不那么有利的方式构建补偿。为了进行 51% 的攻击,有人必须购买该加密货币供应量的 51%。要获得任何信誉良好的加密货币的全部供应量的 51% 已经非常困难,但即使有人设法做到了,他们也没有任何动力去损害他们实际上拥有和控制的网络。
权益证明也更加节能,因为它完全消除了能源密集型采矿过程。随着气候变化等因素影响我们的世界,即使对于重要技术而言,能源效率也将变得越来越重要。
然而,它们确实导致了趋于集中化的趋势。由于权益证明创建了奖励和惩罚系统以激励节点的所需行为,因此与工作证明相比,加密货币的发行组织对网络有更多的控制权,后者在与加密世界中一个非常重要的去中心化原则相反。
还有许多其他形式的共识机制使用不同的系统来批准和验证交易,例如容量证明、身份证明、指定的股权证明、活动证明等被不同的区块链使用,但与权益证明和工作证明相比,这些区块链都没有达到相同的采用水平。这些都不是完美的,但加密世界似乎正朝着股权证明的方向发展。
工作量证明与权益证明之后,哪个更好?首次出现在 WazirX 博客上。