pos共识机制概念

1、POW & POS,傻傻分不清楚的共识机制

什么是共识机制？

我在开更的第一篇文章，就简单讲解了数字货币世界的16个最高频名词，其中一个就是共识机制，还记得吗？

为什么要有共识机制呢？

这就必须要解释一下在分布式系统中不得不了解的“拜占庭将军问题”了。

拜占庭将军问题（The Byzantine Generals Problem）可以总结为一句话：

在古代，11位忠诚的、不同位置的将军，如何排除叛徒的影响，对进攻或撤退达成一致。

当然，拜占庭将军问题并不是如今才提出的，我们大中华在春秋战国时期就发明了“虎符”这个神奇的方式来保障命令的正确执行。

在分布系数系统中，各个节点就是“拜占庭将军”，算法执行中的任意一个错误就是“叛徒”。

为了尽可能地排除错误、快速达成一致，来让系统有效地、正确地运行，便应运而生了各种“共识机制”。

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下面，我们就来一起学习数字货币世界中常见的几种共识机制：

PoW，工作量证明 Proof of Work

PoW是比特币所采用的共识机制，最早是由Adam Back为了解决垃圾邮件的问题而开发的一个“哈希现金Hashcash”程序。

比特币采用的是SHA256的单向函数，其具体的工作原理实在太专业，我们只需要理解到“SHA256的结果很容易验证，但是要将其计算出来，需要不断尝试运算，直到匹配到某个随机数；技术上而言，任何新增区块都需要经过232394亿运算才能得到”的程度，感兴趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入学习。

因此，只要矿工出示运算结果，那通过PoW，全网节点就认可了他所付出的成本，承认新的区块奖励属于他。

如此大量的运算相当浪费资源，实际上并没有任何科学或实际用途，只是为了实践工作量证明机制、阻止攻击者伪装成节点来控制网络。

虽然在2009年时为了构建这种去中心化的、允许所有人可以免费参与的全球货币网络，没有更好的选择；但是发展到如今，已经有了其他不需要大量浪费算力的证明机制，比如我们下面就要提到的，PoS权益证明。

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PoS，权益证明 Proof of Stake

主要思想是：节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，也就是说，一个节点拥有的币越多、时间越久，越容易获取记账权，也就越容易获取区块奖励。

实际上，最初的PoS是PoW的一种升级，根据每个节点的币龄，来等比例地降低挖矿难度，从而加快找到随机数的速度。

什么是币龄呢？

币龄=数量*拥有天数。

由于区块链中的每笔交易记录都会被标记时间戳，这个时间戳就可以作为币龄的证明，因此币龄也不可能被轻易伪造。

比如A从B那里收到10个币，并且持有了90天，那么，A就拥有了900的币龄；如果A卖了这10个币，这900币龄就被消耗了；

后来，为了彻底摆脱PoW这种依靠算力的共识机制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS机制最初确认时就设定的，一般不会变化。

利息=（币龄*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上个例子中，A就可以得到0.02466个币的利息。

如此一来，PoS区块链的作用过程就可以这样描述：

在初期，通过PoW机制，产生创世币；

在创世币达到一定规模时，PoS机制开始作用，交易时消耗币龄、获得产生区块的优先权，并获取利息，同时PoW机制由于消耗太多资源、浪费算力而逐渐淡出；

最终系统中仅剩PoS来维持正常运作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要还是采用PoW的机制，不过正在转向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共识机制的时候，相信也会比较快得就能理解。

比如：股份授权证明DPOS，类似于董事会投票；燃烧证明POB；沉淀证明POD；能力证明POC；消逝时间证明PODT，等等。

就不在这里为大家一一展开了，感兴趣的同学可以百度或知乎一下~

2、什么是pos算法和pos机制

pos是公链中的共识算法，作为pow的一种替换。pow是保证比特币，当前以太坊和许多区块链安全的一种机制，但是pow算法在挖矿过程中，因为破坏环境和浪费电而受到指责，pos试图通过一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。

ps机制可以被描述成一种虚拟挖矿，鉴于pow主要依赖于计算硬件的稀缺性，来防止女巫攻击。在pow中，一个用户有可能用一千美元来买计算机，加入网络来挖矿，产生新区块，从而得到奖励。在pos中，用户可以拿到一千美元，买到等值的代币，把这些代币当做押金放在pos机制之中，只要用户就有机会产生，这样用户可以得到奖励。

pos算法如下，存在一个持币人的集合，他们把手中的代币放入pos机制中，这样他们就变成验证者。

3、号称“区块链的灵魂”的共识机制是什么?

我们知道区块链是去中心化分布式记账技术，在区块链系统当中，没有一个像银行一样的中心化记账机构，如何保证每一笔交易在所有记账节点上的一致性呢？共识机制解决的就是这个问题，因此也可以说共识机制是区块链的灵魂。

目前比较常见的共识机制有：工作量证明 PoW（Proof of Work）、权益证明（Proof of Stake）以及委托权益证明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量证明机制

POW的全称为Proof of Work,翻译过来即“工作证明”或者“工作量证明”。挖矿获得多少货币奖励，取决于挖矿贡献的有效工作，也就是说矿机的性能越好、挖矿的时间越长，所获得的货币奖励就越多。

BTC就是POW机制下最成功的加密货币。POW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平，但在现有框架下，采用POW的“挖矿”形式，将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平，并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS（5笔/秒），以太坊目前受到单区块GAS总额的上限，所能达到的交易频率大约是25TPS，与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

权益证明机制

POS 即权益证明或者股权证明，全称为 Proof of Stake。权益证明模式就是根据所持有货币的量和时间，来发利息的的一个模式。

POS机制，相比于POW，POS机制节省了能源，引入了“币龄”这个概念来参与随机运算。POS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去，而不需要额外购买设备（矿机、显卡等）。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关，即持有人持有的代币数量越多、时间越长，其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块，持币人持有的“币龄”即清零，重新进入新的循环。

在POS机制下，因为区块的签署人由随机产生，则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块，尽可能多的去清零他的“币天”。因此整个网络中的流通代币会减少，从而不利于代币在链上的流通，价格也更易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况，整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言，PoS机制下作恶的成本很低，因此对于分叉或是双重支付的攻击，需要更多的机制来保证共识。稳定情况下，每秒大约能产生12笔交易，但因为网络延迟及共识问题，需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看，生成区块（即清零“币龄”）的速度远低于网络传播和广播的速度，因此在PoS机制下需要对生成区块进行“限速”，来保证主网的稳定运行。

 03 

DPoS

委托权益证明机制

DPOS即授权股权证明（delegated proof of stake）。

DPoS机制要求在产生下一个区块之前，必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的“全民挖矿”，DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接选取可信任节点，由这些可信任节点（即见证人）来代替其他持币人行使权力，见证人节点要求长期在线，从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度，在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别，非常适合企业级的应用。

 04  其他共识机制

区块链系统中还有其它共识机制比如联盟链常用的PBFT，新经币（NEM）用的POI等。这些共识机制是为了解决现有共识机制的一些缺点而被提出的。但目前使用的系统不如POW，POS和DPOS多。

共识机制是区块链系统的核心，它决定了一个区块链系统的去中心化程度，性能和安全性。因此公链的开发中，共识机制的设计是核心和关键。

4、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。

5、两种共识机制对比(PoW vs PoS)

区块链中最核心的架构就是共识机制，可以说是区块链的驱动引擎，发展这么多年，目前主流比较明确经得住考验的就只剩下PoW(Proof of Work)与PoS(Proof of Stake)两种机制。简单概述下，PoW系统的特点是通过消耗大量算力来计算特定算法的解（典型如哈希），第一个算出结果的有权生成区块，同时也会得到coin作为奖励（这也是coin的生产与分发过程，形象地称为Mining），采用PoW的典型区块链有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是运行时间最长，被公认为是最可靠安全的共识机制； 其本质是通过消耗大量算力来实现系统内的逆熵过程，保证系统的长期安全与稳定 。但PoW被广为诟病的也是其消耗太多的能源资源，这方面PoS就被认为是更为绿色的解决方案，顾名思义PoS是通过质押系统中的资产即coin来成为一个质押者（staker），这样就有权产出区块，质押份额越多，获得产出区块权的概率就越高，也代表着奖励越多。

在分布式系统中有一个 CAP 定理，是指一个分布式系统中存在着三元悖论，即不可能同时满足这三个特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分区容错性 (Partition tolerance)，而只能满足其中两个。区块链作为一种分布式网络，这个定理也逐渐演变成了区块链的三元悖论，即 安全性(Security) 、 去中心化(Decentralization) 和 可扩展性 (Scalability) ，也是同时只能满足两个特性。

整体上看PoW系统更注重的是 安全性(Security) 与 去中心化(Decentralization) ，放弃 可扩展性 (Scalability) ，这也是Bitcoin网络的吞吐量非常慢的原因。而PoS系统更关注的是 可扩展性 (Scalability) 与 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 实现 去中心化(Decentralization) ，我是比较持怀疑态度的。从保守主义与系统的更长期稳定的角度出发，我个人是坚定地站在PoW这边的，可能跟自身保守的性格有关，并不是特别看好PoS作为基础层能比较稳定。特别是像这次 5月份的Luna事件 ，事件大概的过程是Luna链上的算法稳定币UST缺乏价值支撑最终脱锚，其核心问题在于UST的锚定设计试图用一个PoS股权系统去支撑其锚定美元，而且还超发了太多UST，再加上UST与Luna的兑换设计缺陷最终导致Luna自身的死亡螺旋。但这个事件更大的意义应该是敲响了一个警钟，PoS机制在面对空头资本砸盘时真的还能维持稳定、维持所谓的去中心化吗？可能到时节点数量萎缩的速度会很快，逐渐趋于中心化。

所有系统设计都需要根据自身定位来折中，以下从价值锚定的角度，简单分析下为什么长期来看PoW会更有优势。

在PoW系统中三股主要的参与者分别是研发人员，投资者（或者叫用户）与Miner，这三者的相互制衡，使得这个系统达到一个稳定平衡的状态。而PoS系统中，将Miner这个重要的制衡力量移除了，投资者和Miner变成了同一群体 质押者（stakers） ，因此该群体滥用权力的行为会变得相对不受限制，并且该链随后的发展方向也可能会更加不平衡，更容易倾向有利于 质押者（stakers） 群体的方向。

PoW系统很好的阐述了什么是被普遍认可的价值，抽象上来看就是高代价的稀缺性 ，高代价与稀缺性两者缺一不可。PoS最多只能实现其中一个稀缺性。

Miner为了在链上生产区块赚取coin，不仅需要持续支付高额电力成本，还必须不断投入研发、升级硬件、优化基础设施和运营规模来保持其竞争力。最终结果是，能够长期持续盈利的Miner并不会是一个一层不变的群体，而是总在竞争中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下来。这也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因为不断变化的Miner群体意味着没有一个Miner可以在相当长的时间内保持网络的大部分算力，除非他们通过严酷的竞争考验，不断优化自身来提供更多的算力。

而PoS系统中的质押者实际上并多少真正的风险投入，也没有优胜劣汰的严酷竞争机制，他们只需要简单地运行一个staker节点就可以躺着赚利息，本质上只是将自己在银行系统里的钱简单的转化为链上资本，就可以坐地收割后进入这个系统的新人。这种行为并没有太多难度，只是简单地赚取“无风险”利息，他们并没有将资本转化为任何形式的需要面临风险考验的投资。

而且当发生硬分叉时，PoW的Miner选择支持哪条链时会更为谨慎，因为他们需要投入高昂的电力成本来为他们的选择背书，一旦选错了将损失所有投入成本。PoS系统如果发生硬分叉，质押的coin作为系统内部状态的一部分，硬分叉后质押者将在两条不同链上都拥有相同数量的资产，由于没有什么沉默成本，导致质押者更愿意两边都支持，从而使硬分叉更容易且更频繁地出现，这被称为 nothing at stake 问题。

PoW是真正能做到无准入限制的(Permissionless)，就是说已经在这个系统中的老人无法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入网络中产出coin。而PoS系统中，新人要进入，都不得不先从老人手中买coin。

而且PoW中Miner为了支付各种高昂成本（电力，设备，基础设施等），产出coin后也不得不卖出一些以弥补成本，这同时也是一种把coin分发给更多人的过程； 特别是在熊市，Miner为了维持开销也不得不低价贱卖coin，这样新人才有机会以相对低的成本获得筹码入场，这才是一个健康的生态扩张过程 。而PoS中由于质押者并没有什么运行成本，也不需要面对太多竞争，质押者出块得到coin后不需要急着卖出，更容易哄抬价格，其实会变相激励场内老人剥削新入场者，不给后来人更多机会；整个系统会趋向于更封闭，逐渐演变成一个有限游戏，长期运行下去只会越来越中心化；系统中财富越来越集中，富者更富，穷者更穷，从而更不可能实现 去中心化(Decentralization) 。

由于PoW系统中是以提供工作量的方式产出区块的，随着时间的推移这些工作量都会被累积起来并使链不断向前延伸，这也是为什么叫区块链；这些累积的工作量也给攻击者造成了巨大障碍，如果想要反转整条链，不仅需要非常高的算力，还需要相当长的时间，这也为应对攻击提供了足够长的时间缓冲。

而PoS系统其实只是维护一个分布式账本， 并没有工作量累积的概念，一旦攻击成功，要反转整条链就是相当容易的，几分钟就可以搞定。

严格来说由PoW算力支撑的BTC不应归为高科技类，由于它整个系统架构更保守更稳定，提供的更多的是一种 物化价值(objective costliness) ，更能作为价值之锚，所以数字黄金这个称号很贴切。而像ETH（目前还是PoW，2.0升级后为PoS）这些更接近科技类创新平台，PoS本质上更像是一种股权系统，其实PoS系统反而是需要中心化，偏向更依靠整个社区的生命力，需要依靠核心团队的创新与开拓能力往前走；而PoW则需要去中心化，更偏向稳定与提供 物化价值(objective costliness) 。

区块链作为一个价值分配系统， 算力是它的价值之锚，如果没有算力，就会退化为一个股权系统 。算力在哪，资金就会跟去哪。目前的发展趋势也是逐渐往多层网络的方向发展，类似TCP/IP的多层协议栈。从作为基础层(Base Layer)的角度看，更需要的是长期稳定与提供价值支撑，因此PoW系统更合适；而PoS可能更多的是可以作为Layer2以实现 可扩展性 (Scalability) ，弥补PoW基础层的吞吐量不足，并通过锚定在PoW基础层上来获取算力安全性与价值支撑。

最后顺带说下最近市场行情，5,6月份以来的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指数一度长时间停留在个位数；其实我觉得也没必要那么恐慌，要在这个圈子长期活下去，面对这种大波动的心理预期还是要有的。想起之前红杉资本的沈南鹏经常提到一个词Grit，沙砾，它是砾石在千万次打磨后留下来的细小颗粒；Grit代表了勇气和持之以恒的一种坚持，有种经常被按地上摩擦但依然勇往直前的感觉。这个和塔勒布讲的反脆弱性有异曲同工之妙，承载价值的东西就应该具有这种品质，PoW系统肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后经历过的各种事件，其实像这样的大波动近乎每年都有（除了2019年一年比较顺利外）；像2017年国内的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市场转熊，每次经历大波动后，市场都会淘汰掉该淘汰的，出清掉该出清的风险，对整个行业发展也是好事。眼光还是应该放远一点，至少看5到10年后的变化，科技发展过程中所带来的波动和风险是不可避免的，日光之下无新鲜事，每次科技革命过程中总会夹杂着众多的反对、质疑，还有众多的投机、骗局；这个过程也总是通过各种暴雷、回归，清除泡沫后价值重估，夯实了基础后积蓄能量再次进入跃升到新的发展阶段。 价值互联网的到来是一件无法回避的事情 ，当理解和看清了这种趋势后，规避掉各种坑和市场噪音，远离合约杠杆和各种山寨的诱惑，握住核心资产，时间本身就会带来回报。

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