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POW vs. POS | 不懂區塊鏈技術沒關係,但你一定要搞懂這兩個!

pow pos

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大家可能已經閱讀了之前的內容,比特幣數字貨幣用大量的算力來保護網絡的安全性,但是為什麼要這樣呢?還有什麼其他選擇嗎?

什麼是POW?

PoW算法的演算方法挖礦,需要消耗大量的算力,1993 年由 Cynthia DworkMoni Naor 提出, 被用於阻斷拒絕服務攻擊(DDOS)、反垃圾郵件等一些服務濫用的經濟對策,之後在1997年被正式命名為 Proof of work(工作證明)

直到 2009年中本聰創立了比特幣之後,這種技術才被大規模使用,他意識到這種機制可以被用來創造多個節點網絡環境中的共識,並且使用這種機制來保護比特幣的安全

但是,PoW算法需要所有的節點大量運算解決一個密碼學的問題,這些密碼學問題的運算者我們稱為礦工,第一個算出正確解的礦工就可以得到礦工獎勵,由於這些獎勵導致人們建造越來越大的礦場

比特幣礦場

根據Digiconomist的報導,比特幣礦場的耗電功率高達 54TWh,這些電力足以為500萬美國居民提供生活用電,更相當於新西蘭一個國家的耗電量,或是一整個匈牙利,還不僅僅這樣,PoW算法的存在造成算力設備性能越好的人,可以獲得的獎勵就越多

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比特幣挖礦消耗能量

算力速率越高,獲得記帳下一個區塊的概率與獎勵就越大

為了提高挖礦的成功率,礦工們把算力都集中在一起,形成礦池 (Mining pool),礦池會根據各個礦工的算力比例分配並獲得獎勵,簡單來說,PoW導致礦工在挖礦上需耗費大量的電力,而且激勵大家在礦池中挖礦,反而導致區塊鏈的算力越來越集中,違反了區塊鏈去中心化的原則

什麼是POS?

為了解決這個問題,在 2011年,一個比特幣論壇的用戶 QuantumMechanic,提出了一個 “ Proof of Stake(產權證明)” 的新技術,他認為讓大家為了挖礦互相競爭是一種很浪費的行為,PoS機制使用一種選舉機制,這種機制會在網絡中隨機選取某一個節點,節點將會負責驗證下一個區塊

PoS算法中,不存在礦工,取而代之的是驗證者,而且這種算法並不允許大家”挖礦”,而是”創造”區塊,成為驗證者的條件是,一個節點必須先抵押一定數量的Token作為“Stake(產權)”,你可以把這個抵押金想像成押金,抵押金的數量多寡,影響你下一次投票時被選為驗證者的機率

假設小明抵押了100美金,小華抵押了1000美金,那麼小華被選取作為下一個區塊的創建者的概率就是小明的10倍,雖然這個看起來是偏袒富人,也就是持幣量大的人,但其實這種算法更加公平!

POW跟POS差異在哪?

如果採取PoW算法,富人可以擁有大量的成本優勢,因為大礦主在礦機和電價上都能盡可能的壓低成本,意思是他們買的越多,單價就會越便宜!

但是回到了PoS算法,如果一個節點被選為驗證者,它必須驗證下個節點中的所有交易都是有效的,如果所有檢查都能通過,這個節點就會為新區塊簽署簽名並將這個區塊加入鏈裡,然後獲得新區塊中所有轉帳的手續費作為回報

如何信任被選舉中的驗證者?

還記得剛提到POS機制必須先抵押一定數量的Token作為產權嗎?這時候Stake(產權)就派上用場了

  • 如果驗證者讓非法的交易被寫入區塊中,那麼他就會損失一部分押金,只要押金比獲得的交易手續費高,我們就能安全的信任他們
  • 如果惡意竄改帳本就會遭受損失,只要押金比手續費金額還要大,驗證者損失的金額就會更多,當然不符合現實中經濟效應

當一個節點不再是驗證者時,之前付出的押金和記帳獲得的所有手續費,就會全部返還

所以,PoW和PoS公式機制是非常不同的兩種機制,PoS並不允許所有人都參與記賬過程,也就消耗更少的能量,同時更加去中心化

在PoW機制中,存在著“礦池”的概念,礦池的參與者通過礦池組隊挖礦來獲得收益,但這些礦池控制著比特幣很大比例的算力,也讓區塊鏈挖礦過程更加中心化、更加危險,如果全世界最大的幾個礦池合併起來,他們就會擁有大部分(超過50%)的算力,這時他們就可以偽造交易

pos-pow

PoS另一個優勢

  • 在於設立節點的成本,PoS節點相比PoW節點要便宜的多,因為你並不需要昂貴的礦機,
  • 也可鼓勵更多人參與設立節點,從而讓區塊鏈網絡更加的去中心化

那如果我擁有超過51%的代幣,我就能偽造交易來操縱區塊鏈網絡了嗎?

是的

51%攻擊

在PoW算法中,如果一組礦工擁有了超過51%的算力,這組礦工就能控制這條區塊鏈,但以加密貨幣目前的市值,PoS讓這種51%攻擊在現實面上變得非常困難,如果要通過51%方式去攻擊比特幣,按照現在的比特幣幣價,至少需要750億美元的成本,而且還不一定會成功

比特幣市值

這種針對PoS機制的發生攻擊的可能性遠比PoW更小,但也不是完全沒有風險,因為PoS機制有抵押金多寡的因素,讓挑選過程非完全隨機,而富人能獲得更多記賬機會,進一步增加了他們被選為驗證者的可能性,所以必須更仔細挑選下一個驗證者

所以有數個針對該問題的議題進行研究,例如基於代幣年齡的選擇法,當網絡選擇了一個節點作為驗證者時,拒絕作為驗證者,我們可以在選取驗證者的同時,備用選取其他的驗證者

結論

PoS機制相比於PoW機制而言多了更多的風險,還需要做很多研究,有一些項目已經開始使用PoS機制,如Cardano嘗試建立一個安全性可證明的PoS算法,叫做 Ouroboros

延伸閱讀 :Cardano(ADA) | 區塊鏈3.0 乙太坊殺手? 世界上第一個透過數理驗證的區塊鏈項目!

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