作者: KF

翻譯: 阿劍

加密貨幣圈子內外,越來越多人寄希望於權益證明(Proof of Stake,PoS),認為它既能為我們貢獻加密貨幣的優點、又能避免工作量證明(Proof of Work,PoW)的耗能屬性。這種願望終將落空,因為比特幣研究者 Paul Sztorc 早在 2015 年就在「Nothing is cheaper than proof of work」一文中討論過這個問題了。PoS 只是混淆了成本,但不可能消除它們。在此,我想講講為什麼 PoW 就像民主制:它是最壞的一種辦法,但卻是唯一能用的。

本文不討論加密貨幣的安全性是否「值得」付出那麼大的代價,僅關注 PoS 是不是一個有效率的方法。

最好的加密貨幣會用最便宜的辦法獲得安全性

要想合理地比較 PoW 和 PoS,我們就需要把成本(碳足跡)和好處(區塊鏈安全性)都考慮進去。所以,我們的問題既可以是「要想獲得給定的安全性,權益證明的環境成本是否更低?」,也可以是「給定成本,權益證明能獲得更高的安全性嗎?」這兩個問題在邏輯上是等價的。在本文中,我們會採取第二種問法:

公理 #1:對環境最友好的加密貨幣,應該是購買安全性時效率最高的那個。

貨幣不是魔法。貨幣要流通就必須有一定的安全性,而獲得安全性的辦法有效率之別;而效率最高的技術,也會有最小的環境碳足跡。這是一個非常有用的思考角度,因為它讓我們聯想到一條深刻的經濟規律:邊際收益等於邊際成本。一條區塊鏈,花費了 X 元在安全上,那就意味著礦工會花費總計 X 元來競爭這個獎勵。

公理 #2:如果一種加密貨幣購買了價值 X 元的安全性,其驗證者(為獲得獎勵)將總計有價值 X 元的花銷。

這是一條牢不可破的關於競爭的經濟規律。任何花費少於其所得的礦工,都會被那些願意花費更多的礦工擊敗;而任何花費多於其所得的礦工,最終都會破產。一條區塊鏈花費 X 元在安全上,最終​​總會導致礦工花費 X 元來保衛這條區塊鏈。不同類型的開支的比重可能會變化,但所有開支加起來就會是 X 元。這差別就跟一斤棉花和一斤鐵一樣。

電力只是一部分,不是全部

人們說「比特幣浪費能源」的時候,他們的意思是需要用電來驅動生產比特幣區塊的挖礦設備;諷刺的是,一方面,這部分能源顯然不是比特幣網絡運行所用能源的全部,而只是一部分;另一方面,這部分又是最直接用來保護區塊鏈的部分,因此是最少浪費的。要全面計量比特幣的碳足跡,我們也要考慮硬件成本(製造和報廢的成本)以及正常的商業運營的成本(要裝修一個體面的辦公室,還要飛來飛去參加比特幣大會)。後面這兩類成本更模糊,更難以估計。但要理解整個系統會造成什麼影響,它們也是同樣重要的。

挖礦

公理 #3:要考慮一個系統的碳足跡,你必須考慮驗證者開支的所有方面。

這三類活動,每一種都會有浪費。比特幣網絡無可避免會出現孤塊,那挖出這個孤塊的能量就浪費掉了。有些硬件造是造出來了,但運行效率沒有做到盡善盡美。有些運營開銷是必要的,有些則只是換個地方喝喝茶。一種開支越是與驗證區塊鏈的實際工作緊密關聯,它換得區塊鏈安全性的效率越高。類似於機器在自由度更少的時候效率會更高:多一個部件就會多一些無用功。經濟系統也是同樣的道理—— 結構越多,效率越低。

舉個例子:為了與某個大客戶打好關係而出差,可以抽象成提高整個業務的效率,因此也對購買安全性有幫助—— 但它的作用非常間接,而且其購買安全性的效果可能不如在電力上的同等支出。一種加密貨幣越是把安全預算直接花在電力上,其安全性就越高;越是把錢花在商業運營商,其安全性就越低。挖礦企業的 CEO 可能對於這家企業自身來說是必要的,但他們對網絡的安全性貢獻不大。

挖礦

公理 #4:一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關,其購買安全性的效率越高。

所以,有時候你看到人們討論 ASIC 1 ,認為它們敗壞了一種加密貨幣對環境的影響,但實際上剛好相反。挖礦設備的專業化,使得單位硬件能產生更大的算力,也就意味著區塊鏈的安全預算更少花在硬件上,更多花在電力上。這對效率來說是好事—— ASIC 挖礦在根本上比傳統的 CPU 挖礦要更清潔,因為 ASIC 在把能量轉化為安全性的時候效率更高(也就是更便宜)。

挖礦

這也是為什麼人們誤解了「空間證明(Proof-of-space)」類的加密貨幣(比如 Chia)(它們使用 RAM 而非算力來驗證區塊鏈)對環境的影響。使用硬碟作為產生安全性的稀缺資源並不能降低成本,而只是讓區塊鏈的安全預算從電力中撥出、花到了硬體上。如果你僅看電力消耗來衡量加密貨幣的碳排放,你會覺得好像我們有了巨大的進步—— 但如果你把硬體的支出也考慮進去,你會發現這是效率的大損失。

挖礦

當前世界上有許多閒置的硬碟,因此 Chia 等於是得到了一些補貼。但別指望這會永遠持續下去。等到某種加密貨幣成功把電腦 RAM 貨幣化,GPU 上已經發生的事情就會在相關硬體領域重演一遍。更重要的是,最終這個系統會比同等規模但基於 PoW 的系統要差,因為安全預算花在了開發硬體上,而這比直接花在電力上的安全預算的效率低。

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 Tom’s Hardware 已經報導了 Chia 價格暴漲和大容量機械硬碟的短缺。但更嚴峻的可能是固態硬盤(的短缺),因為你也需要固態硬碟來製作能夠塞滿大硬碟的 Bram Cohen BinggoTM 卡。

結論 #1:對環境最友好的加密貨幣,就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。

鎖定資本也是有真實開銷的真實支出

Chia 和其它使用空間證明的區塊鏈,還是比較容易能跟 PoW 相比較的,因為你很容易想像舊硬碟塞滿垃圾填埋場的情景,所以你很容易確信,它們「真的」對環境有影響。但是,損失資本也對環境有著真實的影響。因為這些錢可以花在碳捕捉技術和碳效率研究,以及等等事項上。人們「感覺」它們是免費的(沒有消耗的),只是因為人類不擅長思考時間價值(time-value)。如果資本真是免費的,那礦工不用付出任何代價就能獲得了。

有時候你還會看到人們主張權益證明從個體角度看也會有浪費,但從社會角度看則是一種節約,就像 Dan Robinson 說的:

挖礦

假設你的宗教要求你用自己的犧牲來證明你的誠意。你可以把一頭牛丟進火山口,也可以把它贈給陌生人。兩件事情對你來說開銷都是一樣大的(因此都能滿足戒律要求),但第一種的社會成本更高。

事實正好相反。鎖定資本對你個人來說不是浪費,因為 PoS 的質押算法會給你補償—— 這些資本沒有被丟進火山,它為你賺取收益,以其他 ETH 持有者的利益為代價。鎖定資本跟把它送給陌生人完全不同,因為根本就沒有陌生人接手這些資金。驗證者並沒有「把他們的資本平均分發給所有人」,實際上,是每個人都平等地為驗證者的工作付了錢(形式是新挖出的 ETH)。而且,感謝公理 #2,我們知道驗證者所得的支付 恰好等於 這些資金的成本。

另一方面,鎖定資本從社會角度看就是一種浪費,因為這些資本不再能用來建造工廠、資助研究和做一切對社會有利的事。想想 2008 年的金融危機—— 沒有工廠被毀,也沒有哪棟房子塌了,沒有任何物質資產的損失。後果僅僅是資本損失——但這仍然是非常非常沉重的社會代價。資本是資訊累積的特殊形式,凝聚的是關於資源最優配置的資訊。損失資訊與損失可觸可見的東西並不相同,但同樣是一種損失,甚至還要更糟。

所以,謹記公理 #1 和公理 #2,PoS 和 PoW 的公平比較應該是這樣的:

挖礦

權益證明沒有(也不可能)消除礦工的開支,只是把 PoW 系統支出在電力上的部分轉成了資本開支。鎖定資本的外部性,相比電力消耗的外部性如何,是複雜而微妙的問題—— 但糟糕的是,PoS 系統的支持者往往假裝電力是(系統運行)唯一需要付出的代價:

– 該有意誤導的比較,摘自以太坊基金會部落格。-

挖礦

令人失望。以太坊基金會很清楚,「平均單筆交易所耗能源」是一個完全沒有意義的指標,這樣使用這個數據是有意欺瞞。關鍵根本不在於 PoS 系統是否使用了更少的能量—— 確實更少,但這不是全部。有意義的討論是:消耗資本更好,還是消耗電力更好?任何支持 PoS 而不討論資本成本的理論,都在根本上就錯了。

效率對比:質押 vs. 挖礦

在 PoW/PoS 的辯論中,PoS 支持者常常能佔一種便宜:還從未有過完全去中心化的權益證明系統。這也意味著,PoS 支持者們可以任意幻想最終的解決方案可以多麼有效率、多麼優雅。已知的挖礦算法都不是完美高效的(例如存在「自私挖礦」問題),而且,同樣沒有理由相信 PoS 系統就能做到無懈可擊—— 但是,在解決方案最終完整成型之前,PoS 支持者都不用考慮驗證者可能用來欺騙這個系統的具體策略。

耍弄系統的機會越多,安全預算與實際驗證的關係就越鬆散。因為「從未有人嘗試過真正的權益證明」,我們首先不知道安全預算能多大程度被轉化為鎖定的資本,更不知道鎖倉資本在生成安全性的時候有多高效。根據定義,PoW 是跟驗證緊密耦合的,但 PoS,截至撰文直至,還沒有得到完整的定義。

觀察 #1:PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚 PoS 能做到什麼程度。

外部性:質押 vs. 挖礦

假設我們都同意,從安全性效率的角度看,鎖定資本和挖礦的效率是一樣的,那就只剩下一個問題了,就是「外部性」。這也是我認為理性討論的人仍能對其中的權衡關係有所分歧的地方。

短期來看,PoW 系統要跟其它項目競爭使用能源,但從長期來看,它會激勵便宜能源的開發和生產,而這會逐漸降低電力的成本,給所有人帶來好處(無論是金融用途還是環境保護)。便宜的電力也會催生新技術和更多的生產。

權益證明在短期內要跟其它項目競爭使用資本,但它沒法激勵創造更多資本,所以它會逐漸提高資本的成本。資本成本更高,意味著項目會更少—— 更少工廠,也更少研究。

你更喜歡 PoW 的外部性還是 PoS 的外部性,可能取決於你認為是通過投資技術發展來解決環境危機、還是靠節約當前的消費來解決更好 2。要拯救地球,我們是該製造更便宜的可再生能源呢,還是應該讓所有東西都變得更貴?

觀察 #2:工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。

PoS 甚至沒法運行?

如我們前面所說,我們還不知道一個充分去中心化的權益證明系統能不能實現。現有的標榜自己為 PoS 系統的加密貨幣,基本都依賴於某些中心化的協調者或「檢查點(checkpoint)」。自以太坊從 2015 年啟動以來,他們就一直在努力轉換成一個完全去中心化的 PoS 系統,而到現在,他們只推出了 Phase 0,只是支持驗證者質押而已… 你一旦把錢鎖進去,就去不出來,也花不了。

關於 PoS 系統能不能做到足夠安全,有很多爭論,例如:遠端攻擊、nothing-at-stake、工作量跨越時間/權益則相反。這些都是研究上的開放問題,而不是實現過程中的待辦清單。我們不知道還要多長時間才能找出一個好的方案,甚至有沒有好的方案都存疑。看看這個 2017 年的貼文:

挖礦

PoS 也許「能運行」,只不過運行方式是病態的。PoW 會偏愛那些能獲得便宜電力的人,並以資本來獎勵他們。雖然並不完全平等,但不會陷入正反饋循環。PoS 則偏愛那些能以便宜的代價獲得資本的人,並且獎勵資本給他們,這就產生了一個循環。有錢的人會變得更有錢,而且越是有錢,想變得更有錢就越簡單。

如果權益證明「可以啟動」,但最終結果是所有權力都集中到一小部分超級富有的機構手上,而且他們可以永久控制這個系統,那它就不能解決加密貨幣想要解決的問題。那我們還不如繼續使用現在這個中央銀行和那些「從坎蒂隆效應中受益的內部人」組成的系統。我們希望加密貨幣能打破這個系統,而不是新瓶裝舊酒。

觀察 #3:工作量證明已經存在,而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。

結論

公理 #1:對環境最友好的加密貨幣,應該是購買安全性時效率最高的那個。

  • 公理 #2:如果一種加密貨幣購買了價值 X 元的安全性,其驗證者(為獲得獎勵)將總計有價值 X 元的花銷。
  • 公理 #3:要考慮一個系統的碳足跡,你必須考慮驗證者開支的所有方面。
  • 公理 #4:一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關,其購買安全性的效率越高。
  • 結論 #1:對環境最友好的加密貨幣,就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。
  • 觀察 #1:PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚 PoS 能做到什麼程度。
  • 觀察 #2:工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。
  • 觀察 #3:工作量證明已經存在,而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。

遺憾的是,經過詳細考察之後,我們知道了 PoS 的大部分「優點」都只是看起來光鮮亮麗,而且還有許多重大的公開挑戰。至少到目前,它還是一個烏托邦式的幻想,而不是一種現實的選擇。而 PoW 雖然有缺點,要想組建一個無需信任中心化權威的網絡,卻仍然是已知最好的方案(實際上,也是唯一的方案)。

備註

  1. 專用型集成電路:定制化的計算機,但只能做有限類型的計算而不能做別的(專為特定算法的挖礦而研發的 ASIC 因此挖礦效率非常高)。
  2. 如果我們現實地看待人性,在全球範圍內減少消費的唯一辦法就是提高技術或者降低人口。任何主張直接「減少消費」的哲學不是非常幼稚,就是非常可怕。

(以上內容獲合作夥伴 火星財經 授權節錄及轉載,原文鏈接  | 出處:以太坊愛好者  | 原文標題:電力之外——PoS 不是救世主

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