Lucas Mearian

管理比特幣和其他加密貨幣運行的工作量證明（Proof of Work）算法已經(jīng)被證明速度太慢并且成本過高。因此，開發(fā)人員正在考慮一種更快、更有效的算法：權益證明（Proof of Stake）。

區(qū)塊鏈分布式賬本的工作原理是，把電子記錄鏈連接在一起，每一個都與之前的電子記錄緊密相連；只有在完成共識過程后，才能添加一組新的條目或者“區(qū)塊”，通過哈希標簽加上時間戳。

用于驗證區(qū)塊鏈上的新條目和管理網(wǎng)絡變化的兩個最流行的機制或者協(xié)議是工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）。

顧名思義，PoS共識模型支持那些擁有最多數(shù)字貨幣（權益最多）的人去管理加密貨幣或者業(yè)務區(qū)塊鏈賬本。然而，到目前為止，最流行的基于區(qū)塊鏈的加密算法——比特幣、以太坊（Ether）和萊特幣（LiteCoin），已經(jīng)使用PoW作為它們的共識機制。

但這種情況可能很快就會改變。

工作量證明協(xié)議

原因如下。采用PoW算法，計算機不得不消耗大量的CPU資源來對復雜的基于密碼的方程進行求解，然后才被授權把數(shù)據(jù)添加到基于區(qū)塊鏈的加密貨幣中；那些最快解出方程的計算機節(jié)點會被獎勵數(shù)字貨幣（例如，比特幣）。通過PoW賺取加密貨幣的過程被稱為“挖礦”，就像比特幣挖礦一樣。

問題是：PoW過程消耗大量的電力，處理器要不間斷運行，還需要為專用于挖礦運算的服務器群進行散熱。這些挖礦運算要占用大量的電力，以至于城市甚至國家開始對挖礦運算進行嚴格的控制。

由于解決數(shù)學難題涉及到的過程太長，PoW協(xié)議會非常慢；因此，批準某一業(yè)務的分布式賬本或者加密貨幣網(wǎng)絡（例如，比特幣）上的新條目可能需要10分鐘甚至更長的時間。

想象一下，要等待10分鐘才能在網(wǎng)絡上完成一筆金融交易的清算。

權益證明協(xié)議

相比之下，PoS算法可以在幾秒鐘甚至更短的時間內(nèi)完成區(qū)塊鏈新條目。

卡內(nèi)基梅隆大學（CMU）的計算機科學系副教授Vipul Goyal評論說：“權益證明算法的確有可能取代工作量證明算法。然而，在這種情況發(fā)生之前，仍然需要克服一些重大的研究難題?！?/p>

例如，去年以太坊在測試網(wǎng)上引入了一個名為“Casper”的PoS機制（就像Casper中的友好小精靈）。PoS共識協(xié)議創(chuàng)建了“綁定驗證器（bonded validator）”，用戶在被允許加入?yún)^(qū)塊鏈共識或者投票社區(qū)之前，必須放置安全保證金。只要綁定驗證器在區(qū)塊鏈上能夠誠實地工作，那么他們就可以留在共識社區(qū)；如果他們試圖欺騙系統(tǒng)，就會失去他們的權益（他們的錢）。采用以太坊的Casper PoS系統(tǒng)，共識機制在大約四秒內(nèi)就能完成新交易。

據(jù)Goyal，雖然PoW算法使用起來相對簡單，但PoS協(xié)議面臨一些微妙的挑戰(zhàn)，其中最困難的就是所謂的“后期腐敗”。所謂的這些腐敗可能會破壞區(qū)塊鏈的真實性。

假設區(qū)塊鏈上的一些參與方持有大部分權益，然后出售這些權益。在PoS系統(tǒng)中，這些實體仍然可以持有過去授予它們管理權限的密鑰，并使用這些權限脫離當前區(qū)塊鏈而創(chuàng)建一個新的區(qū)塊鏈（稱為分叉“Fork”）。Goyal說，實際上，他們?nèi)匀怀钟凶约旱臋嘁尜Y金，就像從未出售過一樣。

Goyal說：“這個問題只出現(xiàn)在權益證明中，而且看起來很難處理。由于這些問題，以太坊一再推遲切換到權益證明，除非他們能找到滿意的解決方案?！?/p>

據(jù)Reed Smith LLP律師事務所的一份研究報告，對PoS的另一種批評是，一名挖礦者的權益數(shù)量意味著權力有可能集中在少量的節(jié)點上，從而增大了被篡改的風險。

區(qū)塊鏈是怎樣治理的

Forrester Research公司首席分析師Martha Bennett表示，在合適的治理模式上達成協(xié)議是任何企業(yè)區(qū)塊鏈計劃面臨的最大挑戰(zhàn)之一。她說：“我知道有些項目由于無法達成協(xié)議而導致暫停，甚至從未實施。”

數(shù)字貨幣網(wǎng)絡Decred的創(chuàng)建者Jake Yocom-Piatt認為，最好的治理模式應同時采用PoW和PoS機制。

Decred使用隨機的“投票”系統(tǒng)，允許經(jīng)過加密驗證而且在網(wǎng)絡上擁有數(shù)字貨幣的用戶加入共識社區(qū)。

Yocom-Piatt說：“并沒有使用傳統(tǒng)的權益證明——每隔一段時間都會要求你參與進來，選擇加入系統(tǒng)（opt-in system）允許你主動自愿地參與到系統(tǒng)中。”

就像傳統(tǒng)的彩票或者任何與投機相關的游戲，有一個隨機過程，從成千上萬的人中選擇五個持票人，他們可以對前一個區(qū)塊的工作量證明進行投票，即確定它們是真實的還是惡意的。

Yocom-Piatt說：“投票要求有一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機進行投票。如果你投了票，就會得到獎勵——數(shù)字代幣?！?/p>

Decred的系統(tǒng)對其PoS投票者非常尊重，因為是由他們批準區(qū)塊鏈上的PoW條目。

Yocom-Piatt說：“如果您是工作量證明挖礦者，正在玩游戲，給我們的網(wǎng)絡帶來了問題，網(wǎng)絡上的相關方可以懲罰您，收回對您的獎勵。Yocom-Piatt在提到新軟件版本和其他區(qū)塊鏈變化時，指出，“您也可以針對共識規(guī)則的改變進行投票。這用于加密貨幣重大決策的解決爭議和決策機制?！?/p>

PoW和PoS有什么不同

建立在一個PoW系統(tǒng)之上的區(qū)塊鏈分布式賬本需要大量的處理能力才能完成隨機但相對困難的數(shù)學方程，以證明該節(jié)點是合法的。它類似于在CAPTCHA測試中填充字符的人。

投入了大量時間和資源，使其運行區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的成本非常高，甚至超出了本身所帶來的價值。

相比之下，顧名思義，權益證明協(xié)議允許那些擁有最多數(shù)字貨幣或者數(shù)字硬幣的人對新的數(shù)據(jù)區(qū)塊進行身份驗證。投票是用你持有的硬幣來完成的，而不是擁有的計算能力。

PoW和PoS也是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的治理模型。在對區(qū)塊鏈進行任何更改之前，必須在大多數(shù)節(jié)點之間達成社區(qū)共識或者協(xié)議。例如，在將軟件更新應用到區(qū)塊鏈之前，必須經(jīng)過大多數(shù)節(jié)點的同意；這就是所謂的共識機制或者算法。

Goyal說：“這與公司的股東投票非常相似：你擁有的股票越多，你的投票就越重要。如果某人獲得了系統(tǒng)中的大部分股權，他們基本上可以決定從此之后發(fā)生的事情。”

公有區(qū)塊鏈和私有區(qū)塊鏈

然而，如果一個節(jié)點甚至一小部分節(jié)點接管了管理工作，那么公有區(qū)塊鏈或者開放區(qū)塊鏈就會失去價值；因此，為了確保對控制功能公平的進行分配，加密貨幣的區(qū)塊鏈就應運而生了。

比特幣、萊特幣、以太坊和其他公有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡也依賴于由軟件開發(fā)人員核心組領導的一種“非正式”的治理形式。Bennett說：“隨著這些平臺的發(fā)展，這就給怎樣展開治理帶來了巨大的挑戰(zhàn)?！?/p>

相比之下，Linux基金會創(chuàng)建了開源區(qū)塊鏈平臺超級賬本（Hyperledger），用于企業(yè)在分布式賬本上交換數(shù)據(jù)，這意味添加哪些特性、怎樣添加以及何時添加等決策，社區(qū)在活躍的開發(fā)人員中選舉產(chǎn)生工作小組，由他們做出這些決策。

治理模型允許區(qū)塊鏈臨時或者永久地進行拆分或者“分叉”，從而創(chuàng)建新的區(qū)塊分支。硬分叉是前面區(qū)塊鏈永久性的分支；軟分叉是暫時的變化，也是向后兼容的。想象一下，一輛火車通過道岔改變軌道；在區(qū)塊鏈中，這種道岔是由區(qū)塊鏈服務最有權的人控制的。

不同的區(qū)塊鏈及其加密貨幣可以使用不同的PoW或者PoS協(xié)議：例如，比特幣使用Hashcash PoW算法，而萊特幣使用scrypt。

據(jù)Goyal，有幾種基于PoS的小規(guī)模的加密貨幣，例如，peercoin，但這些在規(guī)模上還不能與比特幣和以太坊相提并論。

加密貨幣是公有區(qū)塊鏈，因為任何人都可以參與其中；沒有中央權威和管理者。使用網(wǎng)絡的人通過投票批準新的區(qū)塊或者改變軟件來決定其治理。

區(qū)塊鏈也可以是私有的或者“要經(jīng)過許可的”，采用集中管理，只允許在一組預先經(jīng)過審查的用戶之間使用。使用區(qū)塊鏈在內(nèi)部或者預先審查的業(yè)務伙伴之間共享數(shù)據(jù)的企業(yè)都屬于經(jīng)過許可的分布式賬本。

還有其他的共識算法，其中一些比其他算法更有前景。例如，空間證明（Proof of Space），根據(jù)一個節(jié)點有多少數(shù)據(jù)存儲空間來分配投票比例。Goyal說：“我知道正在開發(fā)的一些系統(tǒng)看起來很有前途。”

按照Bennett的說法，還有PoET（用時證明，Proof of Elapsed Time），以及一整套其他的“證明”算法，其中大部分目前尚未被證實。

其他的包括Tendermint和Algorand，而共識模型包括了不同的拜占庭容錯算法，以及Robein和Gossip協(xié)議等協(xié)議。

Bennett說：“其中很多并不是新的，只是用了新的方式。所有共識算法都有取舍；這些通常是圍繞可擴展性和機密性進行的?！?/p>

雖然PoW和PoS有其優(yōu)點，但從一個變化到另一個將被視為對當前區(qū)塊鏈的硬分叉，這對于已有的投資將產(chǎn)生相當大的影響。但是，能夠提高可擴展性、速度和效率最終可能要求業(yè)界認真考慮改變方向。

資深記者Lucas Mearian的業(yè)務領域涵蓋金融服務IT（包括區(qū)塊鏈），醫(yī)療IT和企業(yè)移動問題（包括移動管理、安全、硬件和應用程序）。

原文網(wǎng)址

https：//www.computerworld.com/article/3269686/blockchain/proof-of-stake-could-overtake-proof-of-work-to-govern-blockchain-cryptocurrencies.html