PoW与PoS的真正区别：判质费用决定了谁更适合构建货币

本文亦感谢以及Henry-民道@dForce，他们两位皆为各自的立场提供了漂亮且深入的论证，笔者亦从他们的论证中得到很多启发。

最后，本文的另一目的是表达对一位哲人的敬意，他发明了一个可供我们不断对话的原型机，而且我们越与之对话，越明白这个原型机的精巧。所谓“大巧不工”，化繁为简需要极为强大的系统性思维，而他当得起“大师”的称谓。

2019年5月上旬“新经济学人”群内辩论的主题为PoW和PoS的短长。

PoS的技术局限性，即在技术上它们到底能不能实现某种属性；

PoS系统的健康度问题，比如会不会形成“持币者/挖矿者/设备制造商”等在地域或收入阶层上的集中，以及这种集中会不会造成不良影响，虽然大家对什么是“健康”、“不良”并没有一致的定义。

在前一个问题上，我认为最好的论证是由Jan提供的。他指出参与PoW系统是完全permission-less的，无需向任何人申请，即可购买矿机/组建矿池来参与PoW系统；

Waves将于明年1月推出含代币空投的DAO治理框架Power Protocol:12月5日消息，Waves 将引入设置并衡量关键绩效指标（KPI）的 DAO 治理模型 Power Protocol。该治理模型由 Waves 创始人 Sasha Ivanov 开发，若设置的 KPI 完成，社区将可获得奖励，反之可能通过销毁一部分质押的治理 Token 作为惩罚。该机制旨在防止巨鲸为了个人利益对有损集体利益的提案进行投票。[2022/12/5 21:23:56]

而PoS系统为了安全性牺牲了这种免许可性：如果有人想加入这个系统成为验证者，他必须先质押，而质押作为一笔交易必须被打包上链才有效，等于是说他至少得取得部分现有验证者的同意才能成为验证者。

在后一个问题上，最好的论证是由民道提供的。他指出，出于分散风险的目的，持币大户不会拿住手上的币不卖。币的价格上涨，则此种资产在持有者总资产中的比重也会变大，这个过程也是风险增大的过程，因此持币者会倾向于卖出自己手中的币，因此对财富集中的担心是不必要的。

仅就后者而言，许多问题我认为近乎无法研究/比较，举例而言，说PoS中会出现币的集中，但难道PoW中没有矿场规模大小的区别吗？说PoS没钱不能参与，但难道在PoW里面矿机不用花钱买吗？

动态 | 数据显示：主流PoW币年产出显著高于PoS币:据Messari数据统计，主流PoW币种（除BTC）的年产出价值显著高于主流PoS币种，说明PoW币目前仍在市场占主导地位。在统计范围内的9种PoW币中（BTC未在列），年挖矿产出的价值总量约23亿美金，平均每个币种的年挖矿产出约2.56亿美金，日产出总量约630万美金。剩余的11种主流PoS币，平均每个币种的年Staking产出约0.5亿美金，明显低于主流PoW币的年挖矿产出水平。（区块律动BlockBeats）[2019/8/14]

绕一圈你会发现，虽然只讨论前者不讨论后者是不行的，但在前者的讨论中我们有更明确的方法可以依靠，而且只有Jan说的那一点是最为确实的。

而在与民道讨论的过程中，我发现按照一般的方式根本比较不出PoW与PoS的区别：因为两种方式皆是“抗女巫机制”，两种方式皆必然要求参与者投钱进去，两种方式皆可完成货币分发，两种方式皆有可能形成一定程度的集中。

更重要的是，从非常抽象的角度来看，两种系统都是以货币增发来购买参与者的支持，PoW发币给矿工，PoS发币给验证者。这些角度都仅能比较出量的区别，而不可能比较出质的区别。

动态 | 日本商贸公司丸红已向立陶宛区块链项目WePower提供贷款:据Cointelegraph消息，日本商贸公司丸红（MARUBENI）现已支持基于区块链电力交易平台。据报道，丸红已向立陶宛区块链项目WePower提供贷款，但在转换贷款后丸红所持的WePower股份规模尚未确定。[2019/7/24]

二、为什么会有货币？

在交易行为中，交易双方都免不了要判断对手所供商品或服务的费用，而在判断商品质量过程中付出的交易费用，我们称为“判质费用”。

当人们已经决定要相互交易，为什么有某种双方都接受的商品会更好？这种商品要具备什么条件？

很快你便会意识到，这基本上与“缔约费用”无关，采用彼此都喜欢的某种商品并不能改变缔约费用；与“信息费用”的关系也没有那么密切，因为形成了大规模的市场后，货币作为一种商品，其信息费用跟其它商品相比可能不会差别太大。

因此，关键在于“判质费用”。即，如果双方以物换物，双方都必须付出许多成本来判定对手给的东西的质量，有时候这种质量检验是消耗性的，但也许存在某种商品，其质量的变化幅度很小、很容易检验出其质量，那么大家可以很容易拿这种东西来交易，至少其中一方不用付出那么多的判质费用了。又因为不同商品的判质费用不同，故适合用作货币的优势也不同。

分析 | PoW 代币挖矿造成的浪费污染或导致 PoS 代币的崛起:LongHash 分析认为，PoW 加密货币挖矿造成的能源浪费和环境污染或将导致 PoS 代币的崛起。分析认为，若行业专注于不需要消耗大量电力的技术，加密货币则更容易走向主流。国际能源署 2016 年的数据显示，加密货币挖矿每年消耗的能源相当于希腊、以色列、智利、捷克等国的能源消耗水平。此外，加密货币挖矿行业保守估计每年产生的二氧化碳排放量也要超过纽约到洛杉矶 30 多万次航班飞行的二氧化碳排放量。[2019/4/18]

人类历史上出现过无数种货币：黄金、白银、石头、甚至香烟、鸡蛋；但所有这些货币在相应的社会中都有明确的特征：在一定科技条件下，它们的判质费用是最低的，黄金和白银只有纯度这一个维度，并且检验费用很低，熔化即可；美国产的香烟都是标准化产品，因此在战后德国某段时间被民间用作货币。

这就是产权经济学大师阿尔钦的洞见。

三、PoW与PoS的真正区别

密码学货币不是金属，没有物理实体，因此也没有了“纯度”的概念，不过，因为区块链的公开账本属性，UTXO倒是有个“干净度”的概念——有些比特币曾经流入黑市，有些人可能介意。

现场 | Tal Moran: PoST保留PoW特性且更节能:据CoinTime现场报道，今日在旧金山区块链周CESC大会上，Spacemesh团队的Tal Moran表示，PoW（Proofs-of-Work）证明机制中，作出的工作必然进行“投票”，容易建立一个健全的随机选择系统，PoW是非交互式的，自证明的；而PoST（Proof-ofSpace-Time）是基于存储的，存储的数据不能依赖投票。合理的PoST构造对于矿商来说在CPU工作上使用低成本的时间，空间资源更有利可图。与PoW相比，PoST耗能更少，因为在不增加计算成本的情况下延长数据存储的时间周期会增加难度(通过市场机制进行调整)。PoST保留了一些有用的PoW特性，因此具有其他节能机制(特别是股权证明)所缺乏的有利方面。[2018/10/11]

还没完。如上所述，重点并不在于质量，而在于判质费用的高低。因此，并不是安全性的高低决定了哪种分布式账本适合承载货币，而是判定账本安全性的费用决定了它们的Moneyness。

而在PoS中，至少就我所知，没有能够如此简单检验账本安全性的方法：

在非质押型PoS系统中，对出块合法性的校验依赖于状态数据，因为只有状态数据才能告诉你哪一刻哪个地址里有多少钱、TA到底能不能出块，但是每出一次块都会多一部分状态数据；在最糟糕的情况下，这种困难性可以使PoS完全失去抗女巫的作用；

在质押型PoS系统中，出块过程是验证者经由“发起-预投-投票”来完成的，而验证账本安全性中也必然有一步是校验验证者的签名。而且，无论聚不聚合签名，验证所需的计算量都很难降下来。

客观来说，我在此比较的都是我看到的PoS系统，并不能演绎地推导出PoW一定比PoS做得更好，只能证明现在部分PoW比部分PoS要好，但能走到这一点我也就心满意足了，我也没有意愿讨论现在还不存在的解决方案。

四、“计算-验证非对称性”

“计算-验证非对称性”是指在某一类数学问题中，求出具体的解，与验证该解是不是一个解，所需付出的计算量是不一样的。我在这里谈的是“难于计算、易于验证”这种类型的非对称性。

但如果是一个数独谜题的话，你要算出一个数独谜题的解要花很多功夫，但验证起来极其简单，这是非对称的。

在比特币的PoW算法中，计算-验证非对称性非常强：无论安全性如何上升，验证的成本都不变。

但在我们现在看到的PoS方案中，这一点并不明显。因为签名并不比验签更难，相反，在有些算法中，验签甚至比签名还要难，它是“易于计算、难于验证”！

在限制了验证者数量的PoS系统中，可以说这种验证成本是有上限的，但在没有限制验证者数量的PoS系统中，验证的成本会随着验证者数量的上升而上升，即验证效率与出块权的去中心化发生了冲突。

只要协议发了钱，人们总是要投入资源来竞争的；既然这样可以买到安全性，那我可以好好挑一挑，到此用哪种资源来提供安全性；另一方面，要出块就总是需要验证，或者说，验证才能真正约束出块者的行为，那就选验证成本低的吧；最后，既然验证的需求长期存在，不如想一种办法让验证的成本始终很低，这样才能更好地容纳安全性的增长。

五、Crypto-economics

我一直很反对给economics加前缀，虽然经济学作为一门社会科学，关于研究方法的争论吵过很长时间，但在我看来，这种争论早已有了结果，平时说某某经济学，只是方便交流而已。

同样地，我也不太喜欢“Crypto-economics”一词，但同时我也认为，如果这个词真的有意义的话，我目前了解到的观念鲜少够得上这个词应有的规格，因为大多数时候，讨论Crypto-economics的人经济学都不怎么好。

比如，PoW和PoS，在密码学中是抗女巫机制，但在经济学视角下，它是安全资源，是系统的安全性的来源。而验证，在密码学视角下是对证明者的挑战，但在经济学视角下就成了判质过程，这个过程所需付出的代价就是判质费用。等等。

六、结语

综上，我认为，PoS作为一种抗女巫机制是可行的，只不过它所要求的共识算法可能会更复杂一些；但如果我们从Moneyness角度出发，我们会发现PoW货币在判质费用上更低，而且因为一些技术属性使得我们可以相信它会长期保持比较低的水平；而PoS系统至少就目前为止，没有出现可媲美PoW的低验证费用，甚至其验证费用还会上升。

参考文献：

https://book.douban.com/subject/26841560

https://mp.weixin.qq.com/s/NSrxuU9tL7GIXUGtF4zAaw

https://ethfans.org/posts/fake-stake-attacks-on-chain-based-proof-of-stake-cryptocurrencies

https://ethfans.org/posts/bls-signatures-better-than-schnorr

作者：阿剑@ETHfans

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