為甚麼新的區塊鏈項目都傾向選擇 PoS 多於 PoW 呢?

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如果你有留意區塊鏈項目的趨勢,你應會發現大部份新的公共區塊鏈項目,都是採用權益證明(PoS,Proof of Stake)為它們的共識機制: 如 Cosmos、Cardano、Dfinity、Algorand等。更重要的是,以太坊正計劃由工作量證明(PoW,Proof of Work)轉換成 PoS。PoS 究竟比 PoW 有甚麼優勝之處呢?

能源效益

最明顯的好處是能源效益。

PoW 極耗費能源。事實上,這是 PoW 天生的特性: 為了增加挖礦成功的機會,礦工們會不斷增加算力去互相競爭,導致整個區塊鏈網絡的能源消耗隨時間不斷增加。
看看最近的統計,作者執筆時比特幣每年消耗 73.04 TWh,這是全球用電量的 0.33%。每宗比特幣的交易平均消耗 916 KWh,這足夠 30.95 個美國家庭整天的用電量。
(仔細想想,相比起用電量,比特幣的交易費其實是非常便宜的。我們可以這樣說,比特幣的 “交易費對電費比” 比VISA低得多,雖然這說法沒有甚麼意義。)

對新項目有較好的安全性

PoW 假設了惡意用家的計算機能力不及整個網絡的計算機能力。在成熟的項目如比特幣,這假設可成立,但在新項目卻不能成立。
在不久之前,比特幣的分叉比特幣黃金,就受到了 51% 攻擊,導致了交易所損失了最少一千八百萬美元。
這個網站展示了不同的區塊鏈受到 51% 攻擊的成本與機會。只要數百(甚至十多)美元便可租用算力去攻擊某些區塊鏈網絡一小時。在一些新開始的項目,幾乎沒人在採礦,要攻擊它何其容易呢?
一些倚靠 PoW 保護的項目設有附加機制去防止攻擊。例如 IOTA,它是沒有區塊,也沒有鏈的區塊鏈,它使用了交易(不是區塊)去確認其它交易,這是要令到交易量大增時,網絡有擴展性,免去區塊容量大小的限制。但是由於交易確認與整個網絡的安全都是倚靠於 PoW,攻擊者有可能用大量的算力去進行雙重花費(即同一個幣,使用兩次)。所以 IOTA 現在有一個協調者的職責,由 IOTA 基金會負責執行,設立檢查站以防止雙重花費,詳細內容請參閱 IOTA FAQ


由此可見,靠 PoW 保護的區塊鏈項目的初期是很容易受到攻擊的。那麼 PoS 又如何呢?

PoS 的共識機制倚靠權益,而不是算力。不同於算力,權益的一個重要特性是它已內存於區塊鏈,這使到設計一個防止「雙花」的機制變得容易。例如,項目團隊能夠控制幣的分配,使到攻擊者很難得到大多數的權益,即很難執行 51% 攻擊。
此外,PoS 比 PoW 提供更加多的進階特性去抑制攻擊,例如「完結性」的特性令「雙花」不可能發生,因為其它網絡上的節點知道,當一個區塊完結了,是不能回復的。就算攻擊者能夠持有大部份權益,並能控制整個網絡,他/她的攻擊最多只能夠過濾交易或關閉網絡,但不能夠做到不一致的狀態如雙重花費。

去中心化

PoW 利用運算力來決定哪個區塊是有效的這種做法,很受規模效益所影響;即是你擁有越多算力,每一單位的算力便越便宜。
當你的礦池夠大,你便可以選擇把礦池搬近發電站,使供電傳輸成本降低。你也能夠選擇電力比較便宜的發電站,如水力發電站。你甚至能設計 ASIC 晶片,專門去挖某一隻幣。大規模的礦池能夠負擔得起設計晶片的成本。
規模經濟鼓勵人們建立或投資於礦池,而不是運行自己的採礦節點,這會大大損害了區塊鏈去中心化的特性。
反之,PoS 對算力的要求大大降低了。相對於算力,更重要的是權益,於是對規模效益需求的誘因大大降低了。購買大量的權益可能會得益,但相對於電力和算力,得益絶對比較少。

新特性

PoS 令區塊鏈項目有新的特性。
例如,因為 PoW 的或然性的不見了,區塊鏈現可提供完結性: 當區塊一旦被驗證者確認,便不能回復。這容許外來者很容易地驗證資料,使到以下技術可行: sharding(分片)、跨鏈通訊、和更輕量級的客戶端。
另一個方向是容讓區塊鏈自己去決定下一個區塊產生者。跟算力不同,權益是區塊鏈內在的特性,即區塊鏈已知道權益分布並可據此作出決定。Algorand便是一個利用此特性的區塊鏈項目,加上其它技術如可驗證隨機函數,利用自己本身設定的區塊鏈邏輯,去抽樣選出下一組檢驗者。PoS 是一個令人興奮的實驗場地,它能夠為區塊鏈技術帶來很多新的特性。

總結

PoS 有更高的安全性,去中心化特性,以及能帶來更多區塊鏈技術的新特性。當 PoS 項目變得更成熟,區塊鏈技術會變得更實用,最後變成人類生活必需的一部份。

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