Vitalik Buterin：解析 PoS 与 PoW 机制安全性优劣

总体而言PoS系统仍然利大于弊：更高的效率、应对攻击并从攻击中复原的能力更强。

原文标题：《Vitalik：权益证明vs.工作量证明(2020年11月)》撰文：VitalikButerin，以太坊创始人翻译：Chih-ChengLiang、Hsiao-weiWang来源：ETH中文网

本文原由Chih-ChengLiang和Hsiao-weiWang翻译为繁体中文，由于表达习惯不同，考虑到简体中文读者的阅读体验，ECN对本文进行了简体转化和二次校对。

权益证明(ProofofStake,PoS)在区块链安全性上优于工作量证明(ProofofWork,PoW)的关键因素主要有三。

权益证明在同样成本下可提供更高的安全性

理解这点最简单的方式就是把权益证明和工作量证明摆在一起看，假设每天有$1的区块奖励，攻击此网络所需的成本是多少。

基于GPU的工作量证明

你可以便宜租到GPU，所以攻击网络的成本就只是租到足够的GPU算力以超过现有的矿工。每产生$1的区块奖励，现有矿工的成本将近$1(如果成本高于$1，矿工就会因为无利可图而退出，反之新矿工就会加入进来获取利润)。因此，攻击网络的成本只需要高于$1/天，而且可能只需要持续几个小时。

V神、孙宇晨支持的生命科学组织VitaDAO拟设营利性公司推动长寿技术发展:4月6日消息，由以太坊创始人“V神”支持创立的生命科学研究去中心化组织VitaDAO在推特宣布，正在投票决定是否创建一家营利性公司来确保和分配长寿研究的资金。该公司将命名为 VitaTech，作为 VitaDAO 的子公司/附属公司运营，它将利用公共资金来授权美国大学开发的长寿技术，并支持它们的持续发展。除V神外，波场TRON创始人孙宇晨此前也曾大力支持VitaDAO的发展。

今年1月，VitaDAO宣布完成410 万美元融资，融资方包括Coinbase的前首席技术官 Balaji Srinivasan、全球最大的药企辉瑞的投资部门 Pfizer Ventures，这也是辉瑞在 Web3 领域的首笔投资。VitaDAO 表示将会利用这笔资金进一步资助长寿研究项目和将于明年从DAO中剥离出来的生物技术初创公司。

去年10月，孙宇晨向VitaDAO旗下“长寿奖基金”进行捐款，孙宇晨也因此次捐赠成为“长寿奖基金”的第二大捐赠者，仅次于以太坊创始人V神。[2023/4/6 13:47:30]

总攻击成本：~$0.26，且因为攻击者可以收到区块奖励，所以这个数字还有可能压到零。

基于ASIC的工作量证明

ASICs其实是资本成本：当买进ASIC时你预期大概可以用两年，因为它会慢慢耗损或是被性能更好的硬件取代。如果一个链被51%攻击了，社群大概会更换PoW算法来做出应对，而这时你的ASIC就会失去价值。平均而言，挖矿成本约为1/3的经常性成本与2/3的资本成本(详见此处)。

比升资本合伙人Vito：Filecoin矿工和算力要提供可靠存储能力应对监管:金色财经现场报道，4月23日，数御未来——2021数据与存储产业峰会在成都举办。在主题为《区块链视角看分布式存储的市场价值》的圆桌中，比升资本合伙人Vito指出，Filecoin赛道崛起的原因在于，从其自身发展来看，在FIL主网上线之前，已经有很多机构进场布局这个赛道；从散户的角度来看，存储和计算、通讯相比，认知门槛会更低，从社会现实来讲，海量数据时代需要分布式存储。

对于分布式存储的监管问题，当海量数据进入后，一定会有专业合规的服务商来做这个事情。对于现在投资算力和矿工，所要做的是提供可靠的存储能力。[2021/4/23 20:52:01]

因此，每$1的区块奖励上，矿工每天会花~$0.33在电力与维护上，并花费~$0.67在他们的ASIC上。假设ASIC可以用大约2年，矿工会需要为单位ASIC硬件花费$486.67。(译注：$486.67=365天x2x$0.67资本成本)

总攻击成本：$486.67(ASICs)$0.08(电力与维护)=$486.75

(译注：此处电力与维护成本也是假设攻击时长6小时)

话虽如此，值得注意的是ASICs(相较GPU)带来较高的安全性是以中心化的高代价换来的，因此加入ASIC挖矿的门槛也非常高。)

OKEx将于今日19时开放VITE充提:据官方公告，OKEx已完成VITE主网升级，将于2020年9月3日19:00开放VITE充提。[2020/9/3]

权益证明Proofofstake

权益证明的成本几乎是百分百的资本成本(抵押的币)；唯一的营运成本是运行节点的成本。这样人们会愿意为每天每$1的区块奖励锁住多少的资金呢？不像ASIC，抵押的币不会贬值，而且当你不想抵押了你还可以在一段短时间内取回质押金。因此，参与者应该会愿意为同样程度的奖励付出比ASIC的情况更高的资本成本。

让我们假设~15%的报酬率足够吸引人们抵押(这是eth2的期望报酬率)。因此每天$1的区块奖励会吸引相当于6.667年报酬的抵押，或换算为金额为$2,433。节点消耗的硬件与电力成本很小，每一千元的电脑可以抵押成千上万的资产，而且每月~$100的电力与网费也算足够。但保守来说，我们假设这些经常性成本是抵押总成本的~10%。所以我们只有每天$0.90的区块奖励对应到资本成本，因此我们还要把上面的数字减少~10%。

(译注：6.667年=$1/(15%年报酬）；$2,433=$1/天x365x6.667)

总攻击成本：$0.90/天*6.667年=$2,189

长期来说，这个攻击成本会预期会更高，因为抵押会变得更有效率，而且人们也会更能接受较低的报酬率。我个人预期这个数字最终会攀升到$10,000的程度。

声音 | BM 评价 Vitalik 新共识算法：是对非 BFT 终结性的正式描述:据 IMEOS 报道，Vitalik 近期在其博客上发布了一篇名为《一个99%容错共识的指南》的文章，文章认为这个算法只需要 1％ 的节点“诚实”。这意味着，从理论上讲，攻击者需要控制超过99％ 的区块链节点才能进行攻击。因此不再有 51％ 的攻击。

EOS 社区成员询问 BM 对这个文章的看法以及意见，BM 回复道：这篇文章没有给出譬如什么时候开始实施的时间先，但可以安全地假设一下这个新算法将会在基于 POS 的共识生效后实施......所以相当于在宇宙热寂之后实施......

“不过这个算法是关于 Steem 和 Bitshare 的非 BFT 终结性的正式描述，这就很有趣了。”[2018/8/16]

取得这么高程度安全性的唯一「代价」就是在质押期间不方便随意转移质押金。甚至有可能因为人们认知到这些被锁住的币会造成币的价值攀升，所以在社群流通的货币总数，或是能做有生产性投资的资金，都能维持不变。反观PoW，维持共识的「代价」是疯狂地损耗大量电力。

更高安全性或更低成本？

注意我们有两种方式可以运用这个增加5-20倍的每单位成本安全性。一种方式是区块奖励维持现状，并受益于增加的安全性。另一种方式是维持现有程度的安全性，并大量减少区块奖励(也就是减少共识机制成本的「浪费」)。

金色财经现场报道 以太坊创始人Vitalik Buterin：验证节点的“4个不要”:金色财经6月3日现场报道，在今天的以太坊技术及应用大会上，以太坊创始人Vitalik Buterin做了题为“Casper与分片技术最新进展”的主题演讲。V神介绍说，验证节点不要加入跟别人一样的权益池，不要用跟别人一样的VPS，不要使用跟比人一样的操作系统；不要用跟别人一样的客户端。[2018/6/3]

两种方式都行。我个人喜欢后者，因为我们下文会看到，比起工作量证明，在权益证明中一个成功的攻击能够造成的伤害更少，而且更容易从攻击中复原。

权益证明更容易从攻击中复原

在工作量证明的系统，如果你的链遭受51%攻击，你会怎么做？目前为止，实践上唯一的应对方式一直是「慢慢等，直到攻击者觉得无聊」。但这忽略了一种更危险的攻击叫做「重生点埋伏攻击(spawncampingattack)」，攻击者可以对链攻击再攻击，明确的目标就是要让链无法再使用。

(译注：重生点埋伏是一种游戏术语，在对方玩家阵亡重生的地方埋伏，造成对方玩家一重生就再阵亡，毫无回击能力。)

基于GPU的系统完全没有防御的办法，而且持续攻击的攻击者可以轻易让一个链永远毫无用处(或更实际一点，转移到权益证明或proofofauthority权威证明)。实际上，在攻击开始后的前几天，攻击者的成本就会变得非常低，而诚实矿工会离开，因为他们没办法在持续攻击之下取得区块奖励。

在基于ASIC的系统，社群有办法应对第一波攻击，但接下来的攻击就会变得很容易。社群可以在第一波攻击之后，硬分叉来更换工作量證明的演算法，也就是把所有ASIC「变砖」。但如果攻击者愿意承受自己ASIC变砖的成本，接下来的情况就和GPU的情况一样(因为还没有足够的时间去为新算法制造与生产ASIC)，所以在这之后攻击者可以很便宜地持续重生点埋伏攻击。

译注：变砖为电子产品俚语，代表损坏后无法使用，像砖头一样。

权益证明的情况，情况则变得非常开朗。针对一些种类的51%攻击(特别指想要推翻已经敲定的区块)，权益证明共识有内建的「罚没」(slashing)机制，大比例的攻击者抵押会被自动销毁(而且不会销毁到其他人的抵押)。

针对其他种类的，更难侦测的攻击(特别指51%合谋截断其他人信息)，社群可以协调一个「少数使用者发起软分叉minorityuser-activatedsoftfork(UASF)」，可以大量销毁攻击者的资金(在以太坊中，可以透过「消极惩罚inactivityleak」做到）。不需要采取「硬分叉删除货币」措施。除了UASF需要人为协调要选择哪个少数区块，其余事情都是自动化的，只要遵照协定规则去执行即可。

译注：少数区块minorityblock是小于51%抵押总数的验证者决定出来的区块。

因此，对链的第一次攻击就会耗损攻击者几百万美元，而且社群可以几天内马上站稳脚步。第二次攻击仍然会花费攻击者数百万美元，因为他们需要买新的币去取代旧的已经烧毁的币。再攻击第三次，就会再烧更多的数百万美元。局面极为不对称，而且优势并不会在攻击者那边。

权益证明比ASIC更去中心化

基于GPU的工作量证明还算合理地去中心化，因为取得GPU不会太难。但前面提过，基于GPU的挖矿难以满足「在攻击之下的安全性」这个准则。另一方面，基于ASIC的挖矿，则需要数百万美元的资本(而且如果你的ASIC是买来的，多数时候，制造商会占更多便宜)

这个资本门槛会是回答「权益证明代表富者更富」这个常见论点的答案：ASIC挖矿也是富者更富，而且这个局面下，富者更占据优势。权益证明的最低抵押门槛在相比之下算是很低，而且许多一般人更有机会进入。

(译注：就文章完成当下440USD/ETH的价格来看，最低抵押门槛大概是9.3万人民币。)

进一步说，权益证明更能抵抗审查。GPU挖矿和ASIC挖矿很容易侦测，他们需要大量电力消耗、昂贵硬体采购、及大型厂房。另一方面，权益證明可以跑在一台不起眼的笔电上，甚至也可以透过VPN做。

工作量证明可能的优势

我认为PoW有两大主要优势，但这些优势其实有相当的限制性。

权益证明更像个「封闭系统」，长期而言财富更加集中。

在权益证明中，如果你有一些币，你可以抵押那些币，并且获得更多同种类的币。而在工作量证明中，你总是可以获得更多币，但你需要一些外部资源来达成。因此，人们会认为长期而言权益证明的币的分配会更集中。

我的回应是，在PoS中，报酬一般而言会很低(所以验证者的获利也会低)。在eth2，我们预期验证者的年收益率会相当于总ETH供给量的~0.5-2%。而且更多验证者抵押，利率会更低。因此，可能要花个一世纪，整个资产集中程度才会翻倍，而且在这样的时间跨度之下，其他促进分配的压力(人们想花他们手上的钱，分配资产到慈善或他们自己的子孙等等)比较可能会占上风。

权益证明需要「弱主观性」(weaksubjectivity)而工作量证明不需要。

关于「弱主观性」的概念可以看这个原始介绍。本质上，就是节点在第一次上线，或是在离线很长一段时间之后(数个月)再次上线，这个节点必须要透过第三方的资源，才能决定正确的链头在哪。这个第三方可以是他们的朋友、可以是交易所或区块链浏览器、或是客户端开发者本身、又或是其他角色。PoW则没有这样的要求。

然而，这可能是一个很弱的要求。事实上，使用者本身就已经必须对客户端开发者、或「社群」有这种程度的信任。最起码，使用者必须信任某个人(通常是客户端开发者)来告诉他们协议是什么，这个协议曾经经历过什么更新。这在任何软件应用中都无法避免。因此，PoS的边际信任成本仍然很低。

但就算这些风险最终会发生，对我而言PoS系统仍然利大于弊：更高的效率、应对攻击并从攻击中复原的能力更强。

参考来源：

ProofofStakeFAQ

一种ProofofStake设计哲学

来源链接：vitalik.ca

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