干货分享 | 全面详解工作量证明机制（PoW）和权益证明机制（PoS）的优缺点

共识机制是我们了解区块链后经常听到的一个词汇。

但是如果你和你的朋友聊天，聊PoW和PoS，那么你的朋友可能是这样的：

一方面，作为一种既能保证区块链网络安全又具有验证交易功能的共识机制，可以使用符合网络规则的交易来更新账本，矿工也可以通过这些获得挖矿奖励。两种共识机制。

另一方面，作为不同的共识机制，各有各的效率和权衡也是合理的。

因此，当以太坊计划从 PoW 过渡到 PoS，而比特币因两种机制产生不同的能源消耗时，两者就各有利弊，争论愈演愈烈。

为了给迷茫的小伙伴们带来一个吃瓜的机会，本文将对这两种机制的主要作用以及各自的优缺点进行详细的讲解。

双花

如果一个女人在她不知情的情况下嫁给了一个已婚男人，男人就会发起“双花攻击”——假装未婚娶两个老婆。

双重支出，又名双花，是功能性数字货币网络的主要障碍。

对于实际的支付，有一句话叫做“一只手支付，一只手交付”，但是对于数字货币来说，如果其所处的网络环境不安全，那么完全有可能“假装一只手支付” ，并用一只手交付”。 ”。

比如张三要用一根棒棒糖换李四的公寓。 如果没有共识机制，没有人可以证明李斯是否同意这笔交易，也没有人可以证明交易是否完成。

幸运的是，HashCash 的 Adam Back、B-Money 的 Wei Dai、Bit Gold 的 Nick Szabo——提供了解决这个问题的不同方法。

然后在 2008 年，中本聪在比特币白皮书中扩展了上述成果，并提出了一个真正的解决方案：工作量证明（PoW）。 仅用了12年，比特币就成为领先的数字货币，资产规模达到万亿。 作为全球第一家市值万亿美元的公司苹果公司，用了 42 年才达到这一里程碑。

那么工作量证明（PoW）是如何工作的呢？ 为什么它可以解决双花问题？

工作量证明 (PoW)

PoW很好解释比特币算法原理详解，其实就是像我们日常的工作一样，按劳分配。

它在数学上要求矿工通过可验证的工作来支持他们关于网络状态的决定，从而避免任意和有害的更新。

因此，矿工们竞相将有效解决方案的区块添加到区块链中，以获得区块奖励。 矿工拥有的计算能力越强，他们打包区块的优先级就越高。 通过这种共识方式，可以有效避免双花攻击的发生。

工作量证明的优势

PoW 最大的优势在于安全性，也是比特币等 PoW 链实现去中心化的基础。

矿工必须投入真实的资源（以计算硬件和电力等形式），因此任何人都需要获得全网一半以上的算力才能实现恶意攻击（51%攻击）。

尽管面对日益严峻的能源枯竭，PoW 逐渐无法覆盖所有需求，但它仍然是保障万亿美元交易安全的主要机制之一。

通过PoW，人人都可以挖矿，甚至在专业矿工出现之前，人人都可以在家挖比特币。

作为相互竞争提交有效区块的独立节点的集合，PoW也完全符合去中心化的要求，成为在安全风险极高的加密世界中达成共识的有效方法。

PoW 的缺点

一方面，PoW 实际上并不能防止 51% 攻击，它只是让攻击的成本非常高，所以哈希值低的小型网络逐渐成为此类攻击的受害者。

另一方面，PoW 的能量损耗一直是其广受诟病的原因。

一个矿场运行着数以万计的挖矿设备，在现实世界中消耗了大量的电能。 当今世界已经进入与自然和谐相处的阶段，投资的ESG（环境、社会和治理）效应是很多机构首先考虑的因素。

有许多头条新闻宣称比特币每年使用的能源比挪威整个国家一年消耗的能源还多。

不过，有趣的是，美国 12 月的圣诞灯饰有时耗电量超过萨尔瓦多和印度尼西亚等国家一年的用电量。

因此，这个问题是完全不同的。 如果是你，你更希望世界拥有比特币还是世界减少一些能源消耗？

股权证明（PoS）

由于能源争论的加剧，PoS 成为 PoW 的替代共识机制。

PoW 规定矿工无需持有所挖出的代币，而 PoS 则要求必须持有代币并质押到区块网络，按照总量获得奖励。 即持有的代币越多，时间越长，获得的奖励就越多。

PoW机制以利益捆绑的方式保证安全，人等同于投资，所以在安全性上也有一定的优化。

PoS的优势

很明显比特币算法原理详解，在不存在挖矿之后，能源消耗过大的问题已经解决了。

因此，以太坊迅速将其机制从PoW改为PoS，预计这一改变将使以太坊的网络能耗降低99%。

分片技术作为极大提升以太坊主链吞吐量的扩容方案，同样需要PoS机制的支持。

同时，智能手机可以满足 PoS 的要求，不需要像 PoW 那样的专业硬件，比如 ASIC（专用集成电路），很快就会被淘汰，而且非常昂贵。

最重要的是，PoS机制使得51%攻击更难实现——即使恶意攻击者拥有51%的算力，也未必能够进行51%攻击，因为有些币不是通过挖矿产生，而是由利息产生，大大增加了攻击难度，保证了安全性。

PoS 的缺点

就像算力最高的矿工可以最快打包区块获得奖励一样，在PoS中，质押代币最多的验证者也可以最快获得验证资格获得奖励。 这将导致“富者愈富，穷者愈穷”。

因此，PoS 无法解决 PoW 网络中的中心化问题。

更难解决的是分叉问题。

PoS机制必然带来无成本的收益，导致分叉频繁发生。 对于 PoW 来说，即使一个矿工将所有的算力投入到新的分叉链上，新的矿工也很难加入，因为稳定的大链的收益会更加可观和安全。

但对于 PoS，这样的行为是没有成本的。 恶意攻击者可以将质押的代币放入两条分叉链中，无论一条分叉链是否被拒绝，都不会遭受损失，甚至可以获得双倍的区块奖励。 这将导致更频繁的分叉，这对用户来说意味着更高的不稳定性。

写在最后

这两种共识机制实际上都是验证交易的可行方式。

相比之下，PoW 在比特币网络上是完美的。 它使用真实的资源通过数学共识机制来支持比特币的发行，而 PoS 则更经济，降低能源消耗。

作为第二大数字货币，以太坊选择从PoW机制转向PoS机制，将是对共识机制的一次重大考验。

区块链网络具有不同的应用场景和目标，因此不同的区块链系统使用不同的共识算法来帮助进一步完善这一领域。

未来可能会出现一种新的共识机制，结合了 PoW 和 PoS 的优点。 届时，区块链将迎来又一次飞跃。

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