pos机跟区块链有什么关系

1、什么是POW和POS,二者区别联系

为了深入理解 Staking 和 PoS（权益证明），本文中我们将把它与当前最主流的共识机制——PoW（工作量证明）进行比较。目前大多数公链采用的都是 PoW ，但随着 PoS 日益受到关注，可以预期在不久的将来，PoS 的比例将会超过 PoW。

现在几乎所有新推出的公链都是基于 PoS，甚至连第二大公链以太坊也将在下一次重大升级中转向 PoS。这是为什么呢？PoS 真的比 PoW 好吗？

PoS 的确在一些方面优于 PoW，在下文中我们将从几个维度对二者进行比较分析。

一、PoS 的定义

首先，让我们来解释一下基本概念。

| PoW 和 PoS 是两种不同的算法，它们决定分布式网络中的共识，以及如何奖励共识维护者。

换句话说，PoW 和 PoS 阐述了如何发行新币为网络提供激励，奖励那些提供资源的共识维护者。这些币的价值背后都有资源支撑（矿机、ASIC 芯片或者一定数量的币等），而且拿到奖励的前提是你必须付出诚实的行动。不管是BTC、ETH，还是XTZ，皆是如此。

你也许会说：在网络中提供或锁定某些资源，同时承担一定风险，这听起来很像 Staking 。没错，的确是这样！

PoW 其实可以用 PoS 的逻辑来理解，花钱买矿机设备和电力就相当于 Staking 的一种形式。我们可以进一步总结为，Staking 是一种传统的经济形式——投入资本以获取回报。

尽管这样理解在某些情况下也不算错，但我们还是回到二者的定义和它们的核心区别上来。

PoW 网络的安全性来自于哈希算力，理论上算力越大收益越高，具体可参考比特币的矿工和矿池。

PoS 的安全性来自于抵押经济的价值，理论上 Staking 的数量越高收益越高。（之所以说“理论上“，是因为 Validator 的选择是随机的，这样可以避免过于中心化。）

尽管每个共识协议都不尽相同，但仍有一些基本原则可供我们来比较。

接下来，我们将通过发展趋势、可扩展性、网络安全、去中心化、成本、治理、社区参与、冷启动、环保多方面对 PoW 和 PoS 进行比较。

二、发展趋势

尽管 PoS 比 PoW 的历史短，在整体市场中份额也小，但它正在飞速地发展。

实际上，按市值计算的前三十名加密货币中有十三个已经使用了 PoS 或类 PoS，包括 EOS、Stellar、Tron、Dash、Neo、Binance Chain、Ontology、Tezos、NEM、VeChain、Waves、Qtum、Decred、Lisk，另外还有三个（ETH、Cardano 和 OmiseGO）正在转向 PoS。

这也意味着市场前三十的币种中有超过一半在使用 PoS。另外，几乎所有的第 二层解决方案都在使用 Staking 机制。甚至连比特币的闪电网络也可以被认为是 PoS 的某种形式：一些中继节点把比特币 stake 起来，帮助用户通过通道进行交易，并从中赚取一些手续费。

· 总 Staking 市值：》 160 亿美元

· Staking 中锁定的总价值：》 50 亿美元。

· PoS 市值占比：9.80％

· 除 BTC 和 ETH 外，PoS 市值占比：26.6％

PoS权益证明与PoW工作量证明的比较

这些数字还在持续增长，而且许多人预计 PoS 链的总价值将在今年年底达到 500 亿美金。随着 Binance Chain、Cosmos 和 Polkadot 将各种项目转移到 PoS 区块链协议，以及 ETH 2.0的推出，PoS 链的总价值可能会超过这一规模。

权益证明（PoS）似乎正慢慢占据整个市场。

三、可扩展性

谈及可扩展性时，必须要考虑到交易吞吐量和交易确认时间。

交易吞吐量：出块时间和区块大小限制了网络的交易吞吐量。采用 PoW 机制的比特币出块时间大概是十分钟，其它币种短一些，以太坊可以减少到十五秒，交易吞吐量也会随着出块时间的减少相应略有增加。

在 PoS 共识维护者（比如 Validator、区块生产者）的共同努力下，由于出块时间短了很多，交易吞吐量平均要比 PoW 高出很多。

举个例子，Tezos 已经能实现每秒 40 笔交易（40 TPS）。DPoS（委托权益证明）中的EOS、TRON甚至已经可以处理超过 1000 TPS 的交易。

PoS权益证明与PoW工作量证明的比较

交易确认时间：交易确认时间也是区块链可扩展性一个重要的衡量因素，尤其是在商业环境中。在 PoS 共识机制中，交易速度更快，甚至在某些场景下的几乎能实时确认。

四、网络安全

众所周知，早在 2009 年比特币作为 PoW 的先驱就已启动，并稳定运行了十多年，后来的很多其它数字货币也都采用了 PoW 共识机制。十年来，PoW 已成为一个公链设计模版，历经多次攻击，可靠性和安全性久经考验。

短期内 PoW 可能受到挖矿垄断的威胁，通过购买外部设备提升算力，发起 51% 攻击。但对于比特币来说，购买哈希算力来实现此类攻击几乎是不可能的，但对于一些小规模的 PoW 链，像 Verge、ETC 则是可行的。

如果要估算对比特币实施 51% 攻击的成本，我们首先要考虑硬件和电力成本。

· 总哈希算力： 50，000，000 TH/s

· 蚂蚁矿机 S9 当前价格： $300

· 蚂蚁矿机 S9 哈希算力： 13 TH/s

· 51% 攻击的硬件成本： $1，153，846，153 USD （约占网络价值的 1.11%）

PoS 和 Staking 还是新鲜事物，虽然像 PeerCoin、Ardor 这些币已经存在了很长时间，但是第一个主流 PoS 链 Tezos 直到 2018 年夏才上线。

PoS 币还没有做过严格的压力测试，所以我们也不知道可能将面临什么样的问题。

以下列举一部分 PoS 可能面临的攻击：

长程攻击Long Range Attack

长程攻击就是攻击者创建了一条从创世区块开始的长区块链分支，并试图替换掉当前的合法主链。该分支上可能存有和主链不同的交易和区块，所以这种攻击又被称为替换历史攻击或历史覆写攻击。

无利害攻击Nothing at Stake Attack

PoS 网络还存在无利害攻击。不像 PoW，PoS 运行多条链的成本很低，Validator 可以向多个链投票而不会遭受任何损失，这就违反了共识协议。

51% 攻击 （51% Attack）

你可能以为发起 51% 攻击需要持有总币量的 51%，但是在一些 PoS 网络中，只需要最少 33% 的 stake 资金就能发起这样一场攻击。

而且如果能吸收他人投票，攻击者甚至都不需要用自己的币去发起攻击，他们甚至还可以通过购买或贿赂的方式来获取投票。

还有一点就是，我说的这 33% 不是该 PoS 币总供给量的 33%，而是 Staking 资金池的 33%。这样来算的话，发起 51% 攻击所需要的币量会更少。

低 Staking 参与率 Low Staking ParticipaTIon

如上所说，在一些 PoS 网络中，只需要质押活跃在资金池中 33% 的币量就能发起一场 51% 攻击。比如，stake 率为 25%，33%* 25%=1/12，即发起一次攻击只需要该 PoS 币总供给量的 1/12。

私钥攻击 Private Key Attack

私钥联网后一旦被获取，攻击人就会获得 Staking 资金的所有权和签署交易的权利。即使私钥不直接控制所有 Staking 资金，获得了私钥就获得 ValidaTIon 和 Staking 的权力，方便发起攻击。

所以说，PoS 网络中一个很大的安全风险存在于把网络价值（stake）转移到 Validator 的过程中，这期间可能导致的高度中心化和网络攻击。只要拥有大量资源，就可能通过购买选票或 Validator 的垄断组织来发起一场攻击。

LISK 就在发生类似的情况，Validator 成立了几个组织来操控激励份额。EOS 的 Validator 还制定了 EOS 宪法，规定投票者不能获得任何的奖励。

大家请留意以上提及的几种攻击，部分 PoS 在设计之初可能针对这些攻击有所预防，但目前 PoS 仍然没有经历过实际的压力测试。

像 DCR、DASH 这样的混合共识机制也已经开始出现，出于安全考虑，它在挖矿中使用比特币作为母链，同时又有着类似 EOS 的 DPoS 共识算法。这样的混合共识机制也值得探索。

五、去中心化

PoW

PoW 挖矿依赖机器设备，这些设备有较高的门槛，并且技术被少数公司垄断。

挖矿也是一项艰巨的工程，因为购买 ASIC 芯片属于长期投资，不像 PoS 资金那样具有流动性。

而且现在挖矿的利润又很低，只有那些拥有硬件技术和廉价电力的大型企业才能有利可图。

PoS

与 PoW 不同，PoS 共识机制的核心是网络中的币，这些币可以在交易所甚至 OTC 市场大量购买，不需要通过挖矿获取，所以参与 Staking 几乎没有门槛。在 PoS 共识机制中，超级节点可以通过运行和维护网络获得奖励，所以运行节点的动机是很高的。

虽然不是所有人都愿意或有能力去运行节点，但是 Staking 机制对于去中心化是很重要的，因为 PoS 允许所有持币人在没有运行节点的情况下投票并参与共识。

不过你会不会认为在 PoS 共识机制下富者恒富呢？和 PoW 相比，其实不然。在 PoW 共识机制中，“富者恒富”的法则更明显，有钱的矿工可以买很多 ASIC 矿机，他们有资源优势并享受高回报。PoW 的大矿工享受规模经济下的回报；但对于 PoS Staker 而言，只有线性收益。

六、成本

讨论成本，我们得从三个方面来考虑：

1. 链上交易成本

2. 维护区块链所需要的资金成本

3. 补偿 Validator 或矿工所需要的通胀成本

链上交易成本

在公链上存储数据是极其昂贵的，每个字节都需要传送到区块链网络里的每个节点，并被这些节点储存。

在 PoW 共识里，比特币交易的成本大约为 1.91 美元每笔，以太坊的交易成本约为 0.1 美元每笔，交易成本会随着币价的涨跌变动。牛市高点的某些时候，比特币和以太坊交易费用分别可高达 54.9 美元和 5.5 美元。

在 PoS 共识里，交易费用就低很多。拿 Tezos 举例，每笔交易费用只有 0.01 美元左右，其它像 Cosmos 的 PoS 币也差不多。

现在，我们再来看看维护区块链所需要的成本。

维护一个区块链所需要的成本

PoW 需要高昂的硬件和电力成本，而在 PoS 里，成为一个 Validator 就只需要一台安全&良好运行的设备，和很少的电力成本就可以了。

在比特币网络里，每年所需的硬件维护成本大概是 20亿 美元（这些硬件的寿命大概是 18 个月），电力成本约为 40亿 美元（电力按 0.08 美元每千瓦算）。

这就是说，为了 PoW 网络的正常运行，需要投入网络总价值的 6.5%。而在 PoS 网络里，维护成本仅占网络总价值的 0.1%。

通胀成本

在 PoS 网络里，通胀率约为 6%，而 PoW 网络里，这一比例约为 4%（只是预估）。

区块链的激励设计会随着时间的推进而降低通胀，PoW 比 PoS 存在的时间更久，因此我们可以说二者的通胀水平是差不多的，未来 PoS 的通胀率也会变得越来越低。

在 PoW 网络里，那些不是矿工的投资者并没有一个好的抵御通胀的方法，而在 PoS 网络里，持币者却可以通过币生币获得一定收益。

七、治理

在 PoW 网络里，协议治理可分成几方：

1. 矿工：决定交易信息是否被确认以及该挖哪条链

2. 用户：决定该接受哪个协议，以及使用哪个生态

3. 基金会：决定如何在不同的开发组织间分配资金

4. 节点：决定运行哪个软件并通过 API 向用户提供服务

在 PoW 网络，很难说到底谁持有最大的投票权，因为 PoW 里的投票权很难量化。然而，为了维护网络以及管理巨大的资源和网络，在各方之间依然需要有一个共识。PoW 网络中治理的透明度匮乏使得协议的设计和升级进程缓慢。

PoS 治理也是分布在以上提到的几个群体，但是治理机制更加系统，我们可以遵守一条简单的规则—— 1:1 投票。

而且，在 PoS 网络里，我们可以实施链上治理 （实际上，PoW 网络也可以实现，但目前没有尝试）。链上治理允许我们创建协议或对协议提出改进的建议，还可以在链上进行投票。基于链上投票的结果，协议可自动执行。目前 Tezos 就是采用的这种链上治理机制。

其它治理投票的 PoS 例子还有：

· EOS

· Decred

· Dash

· Cosmos

PoS 治理中清晰透明的投票设计有利于协议变动可以被快速执行。

八、社区参与

PoW 矿工有着传统的商业思维，他们更愿意投资一种自己熟悉的传统商业模式。对于他们来说，挖矿类似于工厂制造业。挖矿设备就是生产设备，技术越高级，效率就越高。廉价的电力对于挖矿业来说是必要的资源，这些商业模式对于市场价格的依赖和传统工厂依赖钢铁价格一个道理。

这其中当然是有风险的：如果数字货币价格下跌，挖矿可能会变得无利可图。但在大多数情况下，市价抛售所有币也是能赚到钱的。

今天的矿工大多数都是矿机设备和电力有一定资源的人，他们很少有动力参与到社区中来。如果他们真的相信币的价值，直接投资即可回报不菲。直接投资比特币现在的回报已经超过挖矿，我们认为长期这一趋势不会改变。

相比之下，PoS 里的 Validator 更像是投资人，他们需要对所持数字货币背后的技术有很深的理解，同时对协议的发展作出贡献。大型PoS 币种一般都有独立的研究团队。

为了获得更多的投票，这些 Validator 一般需要持有大量的币。通过 Staking 或者提供 Staking 服务，这些资金会被锁定一定时间，如果想动用部分资金，那他们可能不能继续为所有的客户提供服务。

这样 Validator 就成为了长期投资者，他们更有动力驱动技术和价值。激励越高，投入越多。

这就好比早期阶段的创业投资，VC 为他们投资的公司提供支持。这一比喻形象地概括了挖矿投资理论，在 Coinfund 使用后广为传播。

九、冷启动

发行一条公链最好的办法是什么？鉴于代币在公链采用和融资中起到的作用，我们必须考虑到公众通过什么方式获得代币。

发行一条 PoW 链是十分简单的。最初 PoW 的发行量为 0，每个人通过挖矿获得平等的参与权。这个过程看起来相对简单、平等、透明。

为了给持续的协议研究和发展提供支持，还可以像 Zcash 一样成立一个发展基金， 有一小部分的区块奖励直接授予开发者。

PoS 网络的冷启动（Bootstrapping）要更复杂，从一开始，就需要多方都持有一部分权益，ICO 比例在发行前就被决定了。

最普遍的方法是代币发行（ICO 也好，IEO 也好，或者其它的形式），原始代币供应被卖或发给投资者、开发者团队、基金会、理事会等等。

因为参与原始权益分配的大型投资者准入门槛高、同时也可以拿到丰厚回报，这种代币发行一般不太公平，对于社区的普通投资者来说有较多的限制。

代币的授予期通常不透明，而且时常变来变去。这也意味着投资者的权益可能被稀释了，但仍被蒙在鼓里。

另一种发行代币的方法是空投，人们不需要直接投资即可收到一定数量的代币。这种代币空投通常在接收者不知情的情况下发生，而且数量极其少，相比于总量来说几乎可以忽略。由于透明度的缺失，这似乎也不是最好的方法。

除此之外，也有其它一些冷启动方式出现，但依然出于早期阶段，现在很难下结论。其中一个是 Cosmos 引入的类似于“跨链空投”的概念，它是通过硬分区（hard spoon）实现——通过复制一条 PoW 或 PoS 链上的数字货币帐户余额到一条新的 PoS 链上，这条链上的新数字货币具有互用性，并可以拿来做 Staking。

“Hard Spoon：基于一个现有的区块链网络状态形成一条新链；该新链不是和原有链进行竞争，而是提供了更为广泛的访问。”  Tendermint 创始人 Jae KwonJae Kwon

十、环保

如果我们看保护一条公链的成本，PoW 比 PoS 贵太多了，毕竟设备和电力成本很高。从这个角度来看，PoW 对环境显然不友好。

尽管如此，我们认为消耗的电力与我们所得到的价值相比还是微不足道的。我们得到的是一个去信任化、全球化、不可篡改、安全度极高的账本。和黄金开采、以及现有金融体系消耗的成本相比，PoW 的成本并没有那么高。如果只看对环境的影响，我们承认 PoS 更优，因为它更环保。

结论

在本文中，我们从几个维度把 PoW 和 PoS 进行了对比。两者都不完美，未来不会出现一种共识机制统一天下的情况。

我们强烈地相信，最终至少有一条 PoW 链会存在，它很可能是比特币。 PoW 链提供了无可比拟的安全性和不可撤销性，而且可以作为全球结算层以及真实数据的一个来源。围绕比特币，人们寄托了很多愿景，同时也存有诸多争议。

越来越多新的区块链协议开始采用 PoS 的安全模型，而且随着以太坊逐渐从 PoW 转移到 PoS，PoS 所占的比例也将大幅增加。

大多数的第二层解决方案也采用 PoS，带动 Staking 的话题在区块链的世界里变得火热起来。

如果我们来看看像 Cosmos 和 Polkadot 这些互动型和应用型的 PoS 链，我们会发现 PoS 甚至会和一些像比特币、门罗币、大零币这样的 PoW 链产生联系。这些 PoW 链需要拥有自己的分区（Zone）、平行链（Parachains）和网桥（Bridges）或者与它们进行联通，间接地成为 Staking 经济中的一份子。

总结一下，PoS 日渐崛起的原因有：

1. 可以赚取 Staking 收益，不被通胀稀释

2. 参与共识的低门槛准入

3. 可扩展性更强

4. 没有规模经济效应，更去中心化

5. 维护区块链成本更低

6. 1:1 投票，治理更透明

7. 对共识维护者（比如 Validator）和社区有更高的激励

8. 更环保

值得一提的是，以上提到的几个优势是有一定代价和成本的。PoS 目前还没有像 PoW 那样可追溯的历史数据。未来，随着整体市场的成熟，我们将会看到PoW 和 PoS 的发展轨迹越来越完整，也更便于我们学习。当然不会出现一链统天下的状况，就像不会只存在一种算法。像 Decred 这种 PoS+PoW 混合体系可能会越来越受欢迎，但这又是另一个话题了。

POW：全称Proof of Work，工作量证明。

POS：全称Proof of Stake，权益证明。

这两者都区块链的共识机制，是数字货币的记账方法。

区别是：

1、POW机制：工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。

2、POS机制：权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。

扩展资料：

比特币（BitCoin）的概念最初由中本聪在2009年提出，根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的P2P网络。比特币是一种P2P形式的数字货币。点对点的传输意味着一个去中心化的支付系统。 

与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币经济使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。P2P的去中心化特性与算法本身可以确保无法通过大量制造比特币来人为操控币值。

参考资料：百度百科-共识机制

POW全称Proof of Work，即工作量证明；POS全称Proof of Stake，权益证明。Pow和pos都属于区块链的共识机制。

PoW和PoS的全面比较可参考：知乎：PoW和PoS的全面比较

https://v.vzuu.com/video/1129824006290935808

随着区块链技术的发展和演变，包含了：POW、POS、DPOS、Pool验证池、DBFT、POC、POR等共识算法机制。今天，贝数区块链就和大家一起聊聊POW、POS、DPOS几个主流共识机制的相关知识。关注贝数区块链、从小白变大神！

我们来说点简单易懂的。
POW是工作量证明，典型的代表就是比特币，比特币矿机通过计算哈希值，来确定新的区块由谁来主导，这个时候就要由工作量证明来体现区别，比特币的哈希值，是每个机器都能一次算出来一个值，但是不一定这个值就是最符合标准的，所以单位时间内谁算的次数最多谁的机会就越大，所以就有了大家疯狂买矿机，并且必须要加入矿池才能挖矿的原因。

POS是权益证明，这个就像是存证，如果你想要挖矿的话，POW加入的是矿池，POS就要加入节点，你持有的币越多，那么后续你记录，挖矿的机会就越大，整体感觉就有点像是存款，你存的越多，你获得的利息就越高，当然银行的利率是不会变的，但是节点的挖矿几率是有变化的。Hubox研究院——给你带来最简单的区块链知识。

2、区块链共识机制?

PoW：工作量证明 (Proof of Work，简称 PoW ) ，简单的解释就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作。因为监测工作的整个过程通常是极为低效的，而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量，则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等，都是通过检验结果的方式所取得的证明。这就是说，你获得多少币，取决于你对挖矿贡献的有效工作。简单的理解，你电脑性能越好，你获得的收益就会越多，这就是根据你的工作量来执行币的分配。大部分的数字货币，比如比特币、莱特币等等，都是基于 PoW 模式的虚拟货币(算力越高、挖矿时间越长，你获得的币就越多)。
PoS：PoS 是一种在公链中的共识算法，可作为 PoW 算法的一种替换。PoW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制，但是 PoW 算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。PoS 试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。
PoS 机制可以被描述成一种虚拟挖矿。PoS 主要依赖于区块链自身里的代币。在PoW 中，一个用户可能拿 1000 美元来买计算机，加入网络来挖矿产生新区块，从而得到奖励。而在 PoS 中，用户可以拿 1000 美元购买等价值的代币，把这些代币当作押金放入 PoS 机制中，这样用户就有机会产生新块而得到奖励。在 PoW 中，如果用户花费 2000 美元购买硬件设备，当然会获得两倍算力来挖矿，从而获得两倍奖励。同样，在 PoS 机制中投入两倍的代币作为押金，就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。

3、【Discover ETH】什么是权益证明PoS

本篇作为Discover系列文章的开篇，结合ETH2.0的目标，来谈谈权益证明PoS是什么。

在谈PoS之前，我们先来了解一下共识。共识，即达成了普遍协议。区块链实质上是一个全球性的状态机，达成共识意味着网络上至少有超过一半（51%）的节点同意网络的下一个全球状态。
共识机制 （也称为共识协议或共识算法）允许分布式系统（计算机网络）协同工作并保持安全。当前主流的共识机制有两种，分别是 工作量证明 (Proof of Work，PoW)和 权益证明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在设计之初就希望最终以太坊的共识机制能转变为PoS，而PoW只作为一个过渡阶段。但无论是PoW还是PoS，最终的目的都是相同的，即实现分布式计算机的共识机制。下面先简单了解工作量证明（PoW）的工作机制。

工作量证明通过矿工们完成，矿工们需要竞争创建最新区块以处理和完成交易。 获胜者将与网络中的其他节点分享最新区块，并且获得最新的特定代币区块奖励（如以太坊的以太币）。由于用户需要拥有超过网络中 51% 的算力才能够欺骗整条链，因此网络安全得以保证。 这将需要巨大的设备和能源投入，所需的开支甚至可能超过收益。
工作量证明是08年在中本聪所创造的比特币中提出的，至今已经经过了充分的考验和测试，但随着越来越多的矿工和矿池的加入，挖掘新的区块的难度指数爆发式上升，也面临的如下的问题：

PoS作为ETH2.0关键的建设目标，其作用不仅仅只是因为PoW带来的环境不友好的能源消耗，还有PoS的建设能更有力支持 分片链 （以太坊网络扩展的关键升级），更强的去中心化特性等等。下面从几个方面来简单谈谈权益证明PoS的工作过程。

在以太坊中，工作量证明的过程参与的角色是矿工/矿池。其目的是通过算力试错来反复计算，以此生成一个低于目标随机数的混合哈希。这个计算难度依赖于区块所声明的 难度 ，难度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在权益证明中，则没有矿工这一角色，与之对应的是称之为 验证者 的角色。
在ETH2.0中，用户需要质押 32ETH 来获得作为验证者的资格。验证者被 信标链 随机选择去创建区块，并且负责检查和确认那些不是由他们创造的区块。他们不需要开采区块，他们只需要在被选中的时候创建区块并且在没有被选中的时候验证他人提交的区块。此验证被称为证明。
验证者因提出新区块和证明他们已经看到的区块而获得奖励，对于一些恶意验证者节点，也会有相应的惩罚机制使之失去质押。验证者质押的ETH越多，获得的奖励也越多。可以这样说，权益证明是一种用于激励验证者接受更多质押的机制。

前面提到了 分片链 这个名词， 分片 就是将区块链分成多条链。验证者将会在不同的分片上处理它们的分片数据，以此来提高区块链的工作效率。ETH2.0预计会有64个分片链。
验证者会被随机洗牌到不同的分片中，以防止验证者恶意操纵节点并提高链的安全性。处理不同分片之间的数据的关键角色就是 信标链 （Beacon Chain）。
信标链 是协调分片信息、管理验证者的连接不同分片的桥梁。
当用户在分片上提交交易时， 验证者 将负责将用户的交易添加到分片区块中。 信标链 通过算法选择验证器以提出新的块。如果一个验证者没有被选中提出一个新的分块，它们将会证明另一个验证者的提议，并确认一切都正常。
至少需要 128 个被称为 委员会 （ committee ）的验证者来证明每个分片块。委员会有一个提出和验证分片区块的时限，这个时限被称为 插槽 （ Slot ），大约为12秒。 每个插槽只能创建一个有效区块，一个 周期 （ Epoch ，大约6.4分钟）有 32 个插槽。
每个周期过后，委员会都由不同的、随机的参与者解散与重组，重组过程由一个半随机算法 RANDAO 来选择，以此避免恶意节点的操纵。

ETH2.0使用 Cassper 终局协议来确认一个新的区块是否得到足够的证明，即只要2/3的插槽同意（即当前参与计算的2/3的验证者节点），该区块就会被最终确定。而推荐此区块的验证者将获得奖励。因此，在权益证明的机制下，每过6.4分钟就会创建一个新的区块。关于Cassper协议的详细说明后续再进行探索。

权益证明的建设以太坊在15年就已经提出，截止至今也才完成了Phase 0信标链的建设。而下一阶段的与主网合并，再下一阶段的分片链建设也一再推迟。虽然PoS的建设非常缓慢，但无论如何，权益证明作为主流的共识机制算法之一，也是值得我们探讨其设计原理。
后续将会针对信标链的详细设计、分片等ETH2.0内容进行探索。

4、什么是区块链?

【定义】

区块链（Blockchain）是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案让参与系统中的任意多个节点，把一段时间系统内全部信息交流的数据，通过密码学算法计算和记录到一个数据块（block），并且生成该数据块的指纹用于链接（chain）下个数据块和校验，系统所有参与节点来共同认定记录是否为真。

　　区块链是一种类似于NoSQL（非关系型数据库）这样的技术解决方案统称，并不是某种特定技术，能够通过很多编程语言和架构来实现区块链技术。并且实现区块链的方式种类也有很多，目前常见的包括POW（Proof of Work，工作量证明），POS（Proof of Stake，权益证明），DPOS（Delegate Proof of Stake，股份授权证明机制）等。

　　区块链的概念首次在论文《比特币：一种点对点的电子现金系统（Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者为自称中本聪（Satoshi Nakamoto）的个人（或团体）。因此可以把比特币看成区块链的首个在金融支付领域中的应用。

　　【通俗解释】

　　无论多大的系统或者多小的网站，一般在它背后都有数据库。那么这个数据库由谁来维护？在一般情况下，谁负责运营这个网络或者系统，那么就由谁来进行维护。如果是微信数据库肯定是腾讯团队维护，淘宝的数据库就是阿里的团队在维护。大家一定认为这种方式是天经地义的，但是区块链技术却不是这样。

　　如果我们把数据库想象成是一个账本：比如支付宝就是很典型的账本，任何数据的改变就是记账型的。数据库的维护我们可以认为是很简单的记账方式。在区块链的世界也是这样，区块链系统中的每一个人都有机会参与记账。系统会在一段时间内，可能选择十秒钟内，也可能十分钟，选出这段时间记账最快最好的人，由这个人来记账，他会把这段时间数据库的变化和账本的变化记在一个区块（block）中，我们可以把这个区块想象成一页纸上，系统在确认记录正确后，会把过去账本的数据指纹链接（chain）这张纸上，然后把这张纸发给整个系统里面其他的所有人。然后周而复始，系统会寻找下一个记账又快又好的人，而系统中的其他所有人都会获得整个账本的副本。这也就意味着这个系统每一个人都有一模一样的账本，这种技术，我们就称之为区块链技术（Blockchain），也称为分布式账本技术。

　　由于每个人（计算机）都有一模一样的账本，并且每个人（计算机）都有着完全相等的权利，因此不会由于单个人（计算机）失去联系或宕机，而导致整个系统崩溃。既然有一模一样的账本，就意味着所有的数据都是公开透明的，每一个人可以看到每一个账户上到底有什么数字变化。它非常有趣的特性就是，其中的数据无法篡改。因为系统会自动比较，会认为相同数量最多的账本是真的账本，少部分和别人数量不一样的账本是虚假的账本。在这种情况下，任何人篡改自己的账本是没有任何意义的，因为除非你能够篡改整个系统里面大部分节点。如果整个系统节点只有五个、十个节点也许还容易做到，但是如果有上万个甚至上十万个，并且还分布在互联网上的任何角落，除非某个人能控制世界上大多数的电脑，否则不太可能篡改这样大型的区块链。

【要素】

　　结合区块链的定义，我们认为必须具有如下四点要素才能被称为公开区块链技术，如果只具有前3点要素，我们将认为其为私有区块链技术（私有链）。

　　1、点对点的对等网络（权力对等、物理点对点连接）

　　2、可验证的数据结构（可验证的PKC体系，不可篡改数据库）

　　3、分布式的共识机制（解决拜占庭将军问题，解决双重支付）

　　4、纳什均衡的博弈设计（合作是演化稳定的策略）

　　【特性】

　　结合定义区块链的定义，区块链会现实出四个主要的特性：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集体维护（Collectively maintain）、可靠数据库（Reliable Database）。并且由四个特性会引申出另外2个特性：开源（Open Source）、隐私保护（Anonymity）。如果一个系统不具备这些特征，将不能视其为基于区块链技术的应用。

　　去中心化（Decentralized）：整个网络没有中心化的硬件或者管理机构，任意节点之间的权利和义务都是均等的，且任一节点的损坏或者失去都会不影响整个系统的运作。因此也可以认为区块链系统具有极好的健壮性。

　　去信任（Trustless）：参与整个系统中的每个节点之间进行数据交换是无需互相信任的，整个系统的运作规则是公开透明的，所有的数据内容也是公开的，因此在系统指定的规则范围和时间范围内，节点之间是不能也无法欺骗其它节点。

　　集体维护（Collectively maintain）：系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护的，而这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的。

可靠数据库（Reliable Database）：整个系统将通过分数据库的形式，让每个参与节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，也无法影响其他节点上的数据内容。因此参与系统中的节点越多和计算能力越强，该系统中的数据安全性越高。

　　开源（Open Source）：由于整个系统的运作规则必须是公开透明的，所以对于程序而言，整个系统必定会是开源的。

　　隐私保护（Anonymity）：由于节点和节点之间是无需互相信任的，因此节点和节点之间无需公开身份，在系统中的每个参与的节点的隐私都是受到保护的。

区块链有两个含义：

1、区块链(Blockchain)是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

2、区块链是比特币的底层技术，像一个数据库账本，记载所有的交易记录。这项技术也因其安全、便捷的特性逐渐得到了银行与金融业的关注。

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

5、区块链1.0时代有哪些实际应用?

最近区块链（blockchain）非常火，新闻媒体大量报道，国内众多巨头公司纷纷入场布局区块链，把区块链当做互联网时代的伟大颠覆性创新，都想在区块链上抢占自己的市场商机。那么区块链究竟是什么呢？

今天小编简单介绍下区块链教程。毕竟它也不是很难的东西，核心概念非常简单，几句话就能说清楚。希望大家看了后可以理解区块链，还会明白什么是挖矿，为什么挖矿越来越难等问题。
区块链，Blockchain，用英文解释起来比较顺，是基于互联网的一项技术创新，技术含量有限，架构精美。它是互联网货币王者「比特币」的技术基础。今天，区块链从幕后走向前台，这是互联网技术的一个进步，虽然它还不成熟。区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息，都可以写入区块链，也可以从里面读取，所以它是数据库。
一、区块链特征
区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。其主要含有以下特征：
去中心化
由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。
开放性
系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。
自治性
区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法)使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。
信息不可篡改
一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。
匿名性
由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的(区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效)，因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。
二、区块链项目都需要挖矿吗
并非所有的区块链项目都会采用类似于比特币这样的“工作量证明”方式，这更多出现在早期的区块链项目中。如果采取其他的证明机制，如“权益证明（Proof of Stake，PoS）”、“股份授权证明机制（Delegate Proof of Stake）”都是不需要采取这样的挖矿方式。
区块链有哪些种类
目前区块链有三种：
1、公有链
任何节点都是向任何人开放的，每个人都可以参与到这个区块链中进行计算，而且任何人都可以下载获得完整区块链数据（全部账本）。比特币就是最典型的公有链。
2、私有链
有些区块链的应用场景下，并不希望这个系统任何人都可以参与，任何人都可以查看所有数据，只有被许可的节点才可以参与并且查看所有数据，这种区块链结构我们称为私有链。
3、联盟链
联盟链是指有若干机构或组织共同参与管理的区块链，他们各自运行着一个或多个节点，之中的数据只允许系统内不同的机构进行读取和发送交易，并且共同记录交易数据。R3组成的银行区块链联盟要构建的就是典型的联盟链。
区块链项目中一定需要出现某种币吗
不一定。
比特币本身是作为一种支付系统，所以需要有一个价值度量的工具，必须要有bitcoin出现。此外，为鼓励更多人贡献自己的计算机来为系统提供计算，也需要有bitcoin来进行奖励。
而在一些私有链的系统，可以设计专门的资产进行交易，每个节点都必须参与计算，这是每个节点责任也是权利，也不用考虑通过奖励的方式来鼓励他们参与。在这样的系统里面，就可能不再需要设计某种币的存在。
三、区块链可以应用在哪些行业
区块链主要的优势是无需中介参与、过程高效透明且成本很低、数据高度安全。所以，在这三个方面有任意一个需求的行业都有机会使用区块链技术。
四、大数据和区块链有什么联系
在大数据中使用区块链技术，大数据的技术生态百花齐放，没有哪个软件能解决所有的问题，能解决问题也是在一个范围内，即使是Spark、Flink等。在强调透明性、安全性的场景下，区块链有其用武之地。在大数据的系统上使用区块链技术，可以使得数据不能被随意添加、修改和删除，当然其时间和数据量级是有限度的。以时间、数据量为坐标轴，列出了目前大数据引擎大致擅长处理数据的范围，区块链可在其中成为一种很好的补充比如，对于存档的历史数据，因为它们是不能被修改的，我们可以对大数据作Hash处理，并加上时间戳，存在区块链之上。在未来的某一时刻，当我们需要验证原始数据地真实性时，可以对对应的数据做同样的Hash处理，如果得出的答案是相同的，则说明数据是没有被篡改过的。或者，只对汇总数据和结果做处理，这样，只需要处理增量数据处理，那么应对的数据量级和吞吐量级可能是今天的区块链或改善过的系统可以处理的。通过把大数据与区块链相结合，能让区块链中的数据更有价值，也能让大数据的预测分析落实为行动，它们都将是数字经济时代的基石。

区块链1.0的发展与数字货币密切相关，应用普遍集中在货币转移、兑换和支付等方面。从某种意义上讲，这个时期的区块链技术找到了一个解决货币和支付去中心化的方案。

货币和支付构成了区块链1.0时代最显著的应用，出现了以比特币为代表的一系列虚拟货币，如莱特币、狗币、瑞波币、未来币、点点币等，全世界前后产生过数千种数字货币，到现在还在运行的大概有700多种。这些“另类货币”充当着互联网上的“现金”，开启了金融领域的另一片天地在虚拟货币的应用场景下，个人可以用一种去中心化、分布式且全球化的方式，在个人之间分配和交易各种资源。

这个时期的区块链在金融领域掀起了一股巨浪。在转账、汇款和数字化支付相关领域，区块链技术备受关注。在这些领域，传统方式要通过银行等中心机构进行开户行、对手行、清算组织、境外银行（代理行或境外分支机构）等烦琐的处理过程，时间长，成本髙。应用区块链技术后，支付可以实现端对端的交易，去掉了繁冗的中间机构处理环节，不仅快捷，而且交易成本非常低廉。尤其在跨境支付方面，基于区块链的支付 系统可为用户提供全球范围的跨境、任意币种的实时支付清算服务，跨境支付将以低成本方式瞬间完成。

链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站 ”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径，推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革，构建应用型、复合型人才培养体系。

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