HOP:「区块链」是时候将POW替换为POS了？_Yasha Dao

一、前言

4月8日，国家发改委发布《产业结构调整指导目录》将虚拟货币“挖矿”活动列为将要被淘汰的产业活动。前不久V神(以太坊创始人VitalikButerin)在社交媒体发表了PoS和分片将使区块链的效率未来将提升1000倍的观点，并致力于推动ETH由POW向POS转换。昨天GavinWood博士(Polkadot创始人、Web3基金会的发起者)在接受巴比特访谈时更是直言“PoWisshit”。以上种种均表明通过消耗能源获取代币的POW机制已经不再符合发展要求，开始被越来越多的人诟病或摒弃，难道POW真的大势已去，到了POS开始登台表演的时候了么，POW将要被POS取而代之了么？目前这个谁也没法下定论相信市场会给我们答案，自然法则永远都是遵从优胜劣汰的规则的，本文仅从POW和POS的优劣势两个层面来分析一下这两套共识机制。

二、POW

POW即工作量证明机制，至于什么是POW以及POS我前面的文章《区块链中的共识机制》有介绍这里就不赘述。

POW工作量证明流程如下图：

POW工作量证明流程工作量证明的基本思想就是算力决定出块权。如果你能解出一个PoW算法答案，你就可以出块。简单地概括下，可以理解为一个CPU一票，或者一个GPU、一台矿机一票。它的好处首先是这个系统是无许可的。

参与者不需要任何人许可，只要有机器有算力就可以参与——理论上甚至都不一定需要机器。如果说你可以手动算出一个区块的哈希，并及时把这个上传上去，别人也会承认这是一个合法的区块。

还有一个是PoW投票行为本身成本是比较高的，不管用CPU、GPU还是用矿机，机器的成本和电力的成本，都是要实实在在花出去的。

这就跟网站验证码的形式上有一点像，有一些验证码，人看了以后还是要花一点时间去识别里边的数字或者字母到底是什么，然后才能输入通过验证。工作量证明一个最大的优点就是所投的票和投票权是绑定的：一旦投票成功以后，即使是投票者本人也修改不了投票的内容。

优点

1、匿名挖矿，无需许可，任何人都可以参与。

2、投票行为成本高，安全性高抗攻击能力强。

3、投票成本与所投的票绑定，且结果不可篡改。

缺点

1、高延迟、区块确认速度慢。

2、高能耗、不环保不符合可持续发展战略。

3、用户参与成本较高，高门槛降低了自身可参与性。

所有POW机制的区块链，都依赖于资源消耗，以此保护其网络免受恶意攻击者的攻击。目前基于POW算法的代币有BTC、ETH、LTC、Dash、Zcash、BCH、XMR等。

以比特币为例比特币电力消耗背后的数学原理，下面是使用公知数字的简单模型：

当前比特币网络的算力大约为50exahashes/s。市场上最常见的挖矿硬件仍然是S9蚂蚁矿机，其算力平均值为13terahashes/s。换算一下，今天比特币全网的算力大约为50,000,000terahashes/s,也就是相当于3,846,000台S9蚂蚁矿机的算力……是的，超过300万台S9矿机。

虽然市场上还有其他的硬件，其中包括一些最新的、更节能的矿机产品，但使用S9来估算依旧是一个很好的方法。

市场上，绝大多数的机器都是7＊24小时工作的，计算能量消耗的数学公式如下：

在实践过程当中，一台S9的功率约为1500瓦。所以每天每台机器的耗电量为1,500x24=36kWh。在一个月内，一台S9将消耗掉1,080千瓦时的电量。

因此，如果你乘以3846000台机器，你就会发现，比特币网络所耗电量相当于一个国家的用电量。

当前，比特币网络一天所耗电量为：1亿3840万千瓦时。如果不考虑增长，一年的耗电量为：505亿千瓦时。为了更好的对比，每年约505亿千瓦时的用电量，使得比特币网络的耗电程度排在了阿尔及利亚以及希腊这两个国家之间，位列全球第47位。

这还仅仅只是比特币一个币种一年消耗的电力，如果再加上其他基于POW机制的代币的电力消耗，数据还是非常震撼的。

而挖矿所需的设备“矿机”基本使用一年左右就会被淘汰掉，而淘汰掉的设备要么当废品回收要么直接废弃，对资源也是一种极大的浪费。

所以很多人认为工作量证明并不是真正的工作量证明。正在做的不是工作量，正在做的是浪费。所以PoW中的“W”真正代表的是Waste，它是ProofofWaste；PoW实际上是一种化石燃料共识。

三、POS(ProofofStake)

POS即权益证明机制，当你持有币，你就有记账权，然后有投票权。你的投票权和你持币的数量是成正比的，这就是一个币一票。简单来说，你持有的币越多，投票的权力就越大。

PoS协议的基本框架是按所有的参与者的持币量，去分配打包权和投票权。在PoS的系统里边打包和投票两件事是分开的，它也可以分开——PoW系统里这两个其实是一回事儿。

分配完打包权以后，拿到打包权的人就有资格出一个候选区块。这个区块里面包含要处理的交易，并且有他自己的签名。候选区块并不意味着就会被加入共识，在广播候选区块以后还需要由那些有投票权的人去投票。

PoS共识机制是在12年被SunnyKing首次提出的，第一个PoS币种是Peercoin，当年巅峰市值是全球第三。目前采用PoS共识机制的主要币种有ETC、XTZ、NXT、ARDR、ATOM、DOT等。

优点

1、矿工和持币者利益一致，不会出现51%攻击风险。

2、低延迟、区块打包速度快用户体验好。

3、无需耗能挖矿，环保节能符合绿色发展理念。

缺点

1、非匿名、有许可，节点数量有限有中心化的倾向。

2、投票行为成本低，会造成无利害攻击。

3、投票权可复用可转让，有长程攻击风险。

四、总结

这里不讨论POS是否会取代POW，好的算法机制需要时间和市场的验证，没有哪个机制会一直适用于社会发展，一定时期内可能会存在一个当时最好的算法机制。

当随着时间的推移社会的进步技术的成熟，必定会有一个更好的算法机制出现，这是事物发展的必然过程。就像电力的早期发明者没有尝试发明太阳能技术或地热能源。但随着时间的发展，事情总会发展到这个阶段。

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