前言

在以太坊 2.0 存款合約正式發布之後,以太坊朝著 PoS 系統的轉變邁出了一大步,而以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 在他新發表的文章中,總結了以太坊將從當前的 PoW 系統切換到 PoS 系統的理由。

在他看來,在相同成本條件下,PoS 提供了更好的安全性,從而可以抵禦潛在的攻擊,此外,PoS 系統在遭受攻擊後能夠更快恢復,而最後一個優勢,則是 PoS 相對於 ASIC 挖礦更去中心化(注:不包括 GPU 挖礦),儘管如此,Vitalik 也提到了 PoW 系統可能存在的兩大優勢,但這些優勢仍不足以讓以太坊停留在 PoW 系統。

與工作量證明(PoW)共識機制相比,權益證明(PoS)是一種更優越的區塊鏈安全機制,主要原因有三:

1、在相同成本條件下,PoS 提供了更好的安全性

最簡單的方法,就是把 PoW 和 PoS 放在一起,看看在區塊獎勵為每天 1 美元的網絡中,進行一次攻擊的成本。基於 GPU 的工作量證明,你可以便宜租用 GPU,所以攻擊網絡的成本只是租用足夠的 GPU 功率以超過現有的礦工成本。

對於每 1 美元的區塊獎勵,現有礦工的成本支出應接近 1 美元(如果他們支出更多,礦工將因無利可圖而退出,如果他們支出較少,新的礦工可以加入進來並獲得高額利潤)。因此,攻擊網絡的花費並不會很高,而且只需要幾個小時的時間。總攻擊成本:假設進行 6 小時的攻擊,大約為 0.26 美元,當攻擊者獲得區塊獎勵時,有可能降低為零。

基於 ASIC 的工作量證明也是一種成本:當你買了一台 ASIC 礦機,你就可以期望它能在 2 年內使用,直到它磨損或被更新、更好的設備淘汰。如果區塊鏈受到 51% 攻擊,社區可能會通過更改 PoW 算法來響應,而你的 ASIC 礦機就會失去其價值。平均而言,在挖礦成本當中,持續成本約佔 1/3,資本成本約為 2/3(請參閱這篇文章)。

因此,對於每天 1 美元的區塊獎勵,礦工們將花費大約 0.33 美元/天的電力,再加維護費用以及約 0.67 美元/天的 ASIC 礦機費用。假設一台 ASIC 礦機的使用壽命為 2 年,那麼,一個礦工將需要花費 486.67 美元來購買這樣的 ASIC 礦機。

則攻擊總成本為:486.67 美元(ASIC 礦機成本)+0.08 美元(電力+維護成本)= 486.75 美元。

而隨著加入的門檻越來越高,ASIC 以較高的中心化成本提供了更高級別的安全。

權益證明(PoS)幾乎完全是金錢上的成本(存入的幣),唯一的運營成本是運行一個節點的成本。現在,人們願意鎖定多少資金來獲得每天 1 美元的獎勵?與 ASIC 礦機不同的是,存入的幣不會折舊,當你完成質押後,你可以在短時間延遲內將幣取回。

因此,參與者應該願意為同樣數量的獎勵支付更高的成本。假設 15% 的回報率足以激勵人們投資(這是預期的以太坊 2.0 回報率),那麼每天 1 美元的獎勵,將吸引 6.667 年的存款,或大約 2433 美元。而一個節點的硬體和電力成本都很小,一台 1000 美元的電腦就可以質押數十萬美元的存款,而每月大約 100 美元就足以支付電力和網路成本。保守一點來說,這些持續成本約佔總投資成本的 10%,也就是說,我們每天只有 0.9 美元的回報最終對應於資本成本,因此我們需要將上述數字削減約 10%。

則攻擊總成本為:0.90 美元/每天* 2433.455 天(6.667 年)= 2189 美元

從長遠來看,這一成本預計會更高,因為 Staking 會變得更有效,人們對較低的回報率也會感到滿意。Vitalik Buterin 預計,這個數字最終會上升到 1 萬美元左右。

請注意,獲得這種高安全級別的唯一「代價」,是在你 Staking 時無法隨意移動幣所帶來的不便。甚至有可能是因為公眾知道這些幣都被鎖定了,從而導致幣的價值上升,所以在社區裡流動、準備進行生產性投資等的貨幣總量保持不變!而在 PoW 中,保持共識的「代價」,是真實的電力被瘋狂地消耗。

更高的安全性還是更低的成本?請注意,有兩種方法可以提高系統 5-20 倍的安全性與代價比,一個是保持區塊獎勵不變,但增加安全性。另一種方法是大幅減少區塊獎勵(從而導致共識機制的「浪費」),並保持安全級別不變。兩種方法都是 OK 的,Vitalik Buterin 個人更喜歡後者,因為正如我們將在下面看到的,在權益證明(PoS)中,即使是成功的攻擊,其危害也要比工作量證明(PoW)的攻擊小得多,並且恢復也更容易。

2、權益證明(PoS)系統遭受攻擊後更容易恢復

 在一個 PoW 系統中,如果你的區塊鏈遭受了 51% 攻擊,你會怎麼做?截至目前,實踐中唯一的回應就是「等攻擊者厭煩」。但這忽略了一種更為危險的攻擊可能性,這種攻擊被稱為「覆巢攻擊」(Spawn Camping Attack),意思就是攻擊者一次又一次地攻擊區塊鏈,目標就是讓區塊鏈變得無用。

在一個基於 GPU 挖礦的系統中,這是沒有辦法防禦的,持續的攻擊者很容易能讓一條區塊鏈永久地無用(或者更現實地,切換到權益證明或權威證明共識機制)。事實上,在最初的幾天之後,攻擊者的成本可能會變得非常低,因為誠實的礦工將會退出(原因是他們無法在攻擊期間獲得獎勵)。

而在一個基於 ASIC 挖礦的系統中,社區可以對第一次攻擊做出響應,但這實際上也是一種攻擊,社區需要通過一次硬分叉來改變 PoW 算法來應對第一次攻擊,從而「阻擋」所有的 ASIC(攻擊者和誠實的礦工!)。但是,如果攻擊者願意承受最初的代價,那麼在這之後,情況又回到了 GPU 的情況(因為沒有足夠的時間為新算法構建和分發 ASIC),因此這種情況下,攻擊者仍然可以廉價地繼續執行覆巢攻擊。

然而,在 PoS 的情況下,情況就要好得多,對於某些類型的 51% 攻擊(特別是恢復最終確定區塊),在 PoS 共識證明系統中有一個內置的「罰沒」機制,通過該機制,攻擊者的大部分質押權益(而沒有其他人的質押權益)會自動銷毀。對於其他更難檢測到的攻擊(尤其是 51% 的聯盟審查攻擊),社區可以協調一次少數用戶激活軟分叉(UASF),在這種情況下,攻擊者的資金再次被大量銷毀(在以太坊,這是通過「閒置洩漏機制」完成的)。這不需要「銷毀幣的硬分叉」,除了需要在 UASF 上協調以選擇少數區塊之外,其他一切都是自動化的,只需簡單遵循協議規則。

因此,第一次攻擊區塊鏈將使攻擊者損失數百萬美元,而社區將在幾天內恢復元氣。而第二次攻擊區塊鏈,仍然會讓攻擊者損失數百萬美元,因為他們需要購買新的幣來替代已被銷毀的舊幣。同樣的,第三次、第四次……都需要花費攻擊者數百萬美元的成本,這場比賽是非常不對稱的,它不利於攻擊者。

3、權益證明(PoS)比 ASIC 挖礦更去中心化

基於 GPU 的工作量證明被認為是合理去中心化的(獲得 GPU 並沒有很困難),但是基於 GPU 的挖礦,在很大程度上不符合我們前面我們提到的防範攻擊的安全標準。另一方面,基於 ASIC 的挖礦需要數百萬美元的資本才能進入。

這也是對常見的「PoS 導致富人越富」論點的正確回應: ASIC 挖礦也意味著富人越富,而這場博弈更是向富人傾斜的。至少在 PoS 系統中,所需的最低質押金額是相當低的,而且很多普通人都能實現。

此外,PoS 共識證明更具抗審查性,GPU 挖礦和 ASIC 挖礦都非常容易檢測到:它們需要大量的電力消耗、昂貴的硬體採購以及大型場地,相比之下,PoS 的 staking 可以在不起眼的筆記本電腦上,甚至通過 VPN 來完成。

PoW 可能存在的優點

 Vitalik Buterin 認為,PoW 有兩個主要的真正優勢,儘管在他看來,這些優勢也相當有限。

1、PoS 系統更像是一個「封閉」系統,這導致長期來看,系統的財富集中度會更高在 PoS 系統中,如果你有一些幣,你可以選擇質押它們,然後得到更多的幣。而在 PoW 系統中,你總是可以賺取更多的幣,但你需要一些外部資源來做到這一點。因此,有人可能會爭辯說,從長期來看,PoS 系統的代幣分配可能會越來越中心化。對此,Vitalik Buterin 看到的主要回應是,在 PoS 中,總體獎勵(即驗證者收入)將會相當低,在以太坊 2.0 中,我們預計驗證者年化總收入相當於 ETH 總供應量的 0.5 -2%。並且參與 staking 的驗證者越多,其得到的收益就越少。因此要讓幣的集中度翻倍,可能需要花上一個多世紀的時間,而在這樣的時間範圍裡,其他壓力(想要花錢,將錢分配給慈善機構或其他方式等)可能會佔主導地位。

2、PoS 需要「弱主觀性」,而 PoW 則不需要有關「弱主觀性」概念的最初介紹,請參見此處。本質上,當一個節點首次上線以及它在很長一段時間(即數月)脫機後的任何後續時間,該節點必須找到一些第三方資源來確定正確的區塊鏈。這可以是他們的朋友,可能是交易所或區塊鏈瀏覽器網站、客戶端開發者或者其他參與者,而 PoW 則沒有這個要求。然而,這可以說是一個非常弱的要求。實際上,用戶已經需要在這種程度上信任客戶端開發者或社區。至少,用戶需要信任某人(通常是客戶端開發者)來告訴他們協議是什麼,以及協議的任何更新。

在任何軟體應用中,這都是不可避免的。因此,PoS 需要的邊際附加信任要求仍然很低。

但是,即使這些風險確實很大,但在他看來,相對於 PoS 系統從其更高的效率,以及更好地處理和從攻擊中恢復的能力中獲得的巨大收益來說,都是次要的。

另請參閱 Vitalik Buterin 之前撰寫的關於 PoS 共識機制的文章。


(以上內容獲合作夥伴 火星財經 授權節錄及轉載,原文鏈接 ) 

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