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漫谈PoS共识(一)——PoS诞生史

漫谈PoS共识(一)——PoS诞生史

HashKeyHub 发布在 链圈子 海盗号 30460

如果说2017年是通证发行之年,2018年是公链元年,那么2019年很大程度上应该被称为“PoS之年”。比起“通证发行”、“公链”,“PoS”似乎太过专业,大部分投资者的了解仅限于“PoS是权益证明,属于共识机制”,但对于其原理及运行机制知之甚少。

想要了解PoS,必须懂得什么是共识机制。由于去中心化理念排斥权威第三方的存在,一个区块链网络想要安全稳定的运行,就离不开共识机制的支撑。不夸张的说,共识机制就是区块链网络的核心。目前最主流的共识机制有两种:PoW和PoS

作为创世产品,比特币所采用的PoW(Proof of Work,工作量证明)共识机制在区块链发展早期一直被模仿。该共识机制可以通俗解释为“人人记账”:比特币网络上的所有节点共同维护一个“账本”,账本每10分钟更新一次,所有想要记账的人需要共同计算一道数学题,第一个算出来的人获得记账资格并得到奖励(目前是12.5枚比特币)。

PoW共识机制的诞生使去中心化系统由设想变为可能,但随着比特币价格飙升,工作量证明机制的缺点也慢慢显现,最大的一个缺点就是“费”。

由于比特币价格飙升,记账奖励价值随之升高,记账权争夺也越来越激烈。比特币网络为了保证每道数学题10分钟才被解出,就会提高数学题的难度;节点们为了应付高难度的数学题,则会不断升级计算工具。“竞争激励+工具升级”的结果就是耗电量剧增,并且这一“恶性循环”将一直持续。普林斯顿大学计算机科学家 Arvind Narayanan 2018年8月研究表明,用于比特币挖矿的耗电量约占全球耗电量的1%!

过多的资源消耗明显不利于大规模应用,因此,致力于推广区块链的技术大咖们将目光投向了另一种共识机制——PoS。

PoS的诞生要追溯到2011年,一位名为Quantum Mechanic的网友在著名比特币社区Bitcointalk论坛首次提出Proof of Stake。

PoS的原理类似于现实世界中的股份制,拥有股份越多,话语权就越强,获得记账机会的概率就越大。

一般人们都将发布于2012年8月19日的点点币(Peercoin)视为第一个PoS项目。尽管点点币的运行机制中引入了“币龄”、“随机数参数”、“检查点”等概念,但其共识机制属于PoW+PoS混合共识:初期采用PoW挖矿方式将代币分配给矿工,后期随着挖矿难度增加,系统才转由PoS共识算法维护。

点点币曾多年上榜数字资产TOP 10

第一个纯PoS项目是2013年出现的Nextcoin(Nxt),纯PoS共识完全摒弃了“计算数学题”的记账权分配模式,而是按照节点“股份”(持币数量)随机分配,从根源上杜绝了资源浪费。但纯PoS机制存在一个很严重的问题——Nothing at Stake(无利害关系)。

什么叫无利害关系?举个例子,某上市公司的副董事长召开股东大会,打算把公司一分为二,自己当老大。为了能顺利通过董事会决议,副董事长承诺所有股东在新的公司也能按比例分到股份,股东们认为自己的利益没有受到损害,纷纷表示同意。这个漏洞使公司对恶意分裂束手无策,最终破产。

为了防范“无利害关系”攻击,开发者们在PoS机制的基础上引入了BFT(拜占庭容错)机制并通过Slash机制惩罚作恶节点:闹分裂?股份(质押代币)全部没收!以太坊未来计划采用的Casper共识,Cardano的Ouroboros共识,Cosmos的Tendermint共识,Polkadot的Aurand-Tendermint混合共识机制都属于PoS+BFT范畴。

“无利害关系”基本得到解决,但PoS存在的诸如Stake集中、通货膨胀、长程攻击、变节攻击等其他问题目前似乎还没有很有效的应对措施。

截至目前,采用PoS+BFT共识的网络表现良好(包括Tezos和Cosmos),但远没有到“完美”的程度。关于PoS的研究还在不断深入,如何最大限度优化安全性、可扩展性和去中心化这个不可能三角将是研究者们未来最主要工作。

文章标签: POS 共识机制
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