一文讓小白讀懂的POW和POS概念詳解(內(nèi)含波卡)
POW(Proof-of-work，工作量證明)
工作量證明最早是一個經(jīng)濟學名詞，指系統(tǒng)為達到某一目標而設(shè)置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。早在比特幣出現(xiàn)之前就已經(jīng)有人探索。
哈希運算是一種最常見的工作量證明機制，即通過計算碰撞出符合條件的哈希值來確定系統(tǒng)做過一定的工作量，此外，你也可以利用卷積求導、大質(zhì)數(shù)分解這些復雜的運算來達到工作量證明的目的。
挖礦即找到合適的哈希值，消耗的計算、內(nèi)存、電力等能源即為工作量。挖礦本質(zhì)是一個數(shù)學計算過程，有一個“難度值”變量在不斷變化，以維持BTC網(wǎng)絡(luò)10分鐘出一個塊。難度值可調(diào)整。
上面這段話可以解釋為什么過去有那么多山寨幣，因為只需要稍微改一下POW參數(shù)就可誕生一種新的出塊時間的山寨幣，但其本質(zhì)和BTC并無任何區(qū)別(沒有任何智能合約應用，沒有任何實際擁有)，然后大肆宣傳欺騙小白。
ETH上的智能合約，也可通過僅修改一些參數(shù)值來發(fā)行新幣，但沒給出實際的應用。先發(fā)幣再說項目，這就是為什么2017 ICO項目，在市場熱度下如雨后春筍，但最后落得一地雞毛。
POS (Proof of Stake)股權(quán)證明機制
純粹的POS已經(jīng)在市場上被淘汰，不多說。目前留存的都是POS的變種。比較有名的是EOS的DPoS (Delegated Proof of Stake) 授權(quán)股權(quán)證明機制和Polkadot的NPOS (Nominated Proof of Stake) 提名股權(quán)證明機制。都是持幣者把自己的幣質(zhì)押給節(jié)點，節(jié)點負責出塊維護網(wǎng)絡(luò)，如果你投的節(jié)點有塊被納入了最終的鏈上，你就能獲得符合投票比例的分紅，這個分紅相當于比特幣網(wǎng)絡(luò)里的出塊獎勵。
這和做生意投資很像，有人融資做事，你投，賺了一起按比例分，虧了按比例虧(如果不出塊，或者驗證了錯誤的塊，網(wǎng)絡(luò)會沒收這個節(jié)點的幣)，也就是在POS里面，正確很重要，認真干活，正確做事才能拿到網(wǎng)絡(luò)獎勵。
兩相比較，POW像古時的比武，誰算力大誰就更容易碰出隨機值贏得比賽獲得獎勵。POS則是文明人的游戲規(guī)則，大家合作共贏，共享盛宴，不管投給節(jié)點的票多還是少，只要是能為網(wǎng)絡(luò)持續(xù)工作的節(jié)點，都會獲得網(wǎng)絡(luò)的獎勵。
總結(jié)：POW機制是干的越多，得到越多;POS機制是持有越多，獲得越多。
補充：EOS的DPOS只選取21個大節(jié)點，獲得多少的網(wǎng)絡(luò)獎勵是由質(zhì)押幣數(shù)量多少決定。Polkadot的NPOS有1000個節(jié)點，節(jié)點勝出是根據(jù)質(zhì)押幣數(shù)量和幣地址分散度共同決定，且只要是有效節(jié)點，無論質(zhì)押幣的總數(shù)是多少，都會給每個節(jié)點發(fā)放同等數(shù)量的DOT作為獎勵。
這說明DPOS容易造成大戶聯(lián)合合作，使網(wǎng)絡(luò)中心化、內(nèi)卷化競爭，NPOS則更加去中心化，因為要滿足足夠多的代幣持有者足夠地分散，這是一個進步，是一個行業(yè)發(fā)展合理但又驚喜的進步。
當然無論POW還是POS,其中最重要的因素還是代幣的經(jīng)濟價值，經(jīng)濟價值越高需要攻擊網(wǎng)絡(luò)的成本就越高。這個不在這討論。
POW vs POS
1、公平性
POW公平的把記賬權(quán)分派給節(jié)點，但容易形成算力集中化，財團抱團，個體難參與。POS有很多變種，但波卡的NPOS保證了節(jié)點被隨機性分散化組合，比POW更加公平。
2、網(wǎng)絡(luò)性能
比特幣和以太坊的擁堵已經(jīng)有目共睹，但是在區(qū)塊鏈逐漸崛起的時代，如果往后需要更多的區(qū)塊鏈，怎么保證吞吐量和安全?
(1)吞吐量：
POS系統(tǒng)可容納的吞吐量比POW鏈高。
因為POS共識協(xié)議并不以浪費一些現(xiàn)實能耗為基礎(chǔ)，區(qū)塊時間和協(xié)議就可以更快的發(fā)生，這一點的邏輯是：POW面臨的挑戰(zhàn)的解決方案是不必在確定一個塊之前就找到，因此創(chuàng)建一個塊的開銷可以減少到只需要創(chuàng)建和分發(fā)塊的成本。
(2)安全性：
POW的安全性靠算力，POS的安全性主要靠代幣分散化持有且綁定。
POS系統(tǒng)的安全通過綁定的資產(chǎn)保護，而不是類似POW需要花費很多消耗(花費流動性機會成本以及消耗電力)。POS的工作方式是選擇一組具有已知經(jīng)濟身份的驗證者，鎖定代幣，以換取獲得“驗證”或參與共識過程的權(quán)利。如果他們發(fā)現(xiàn)執(zhí)行了錯誤的程序，就會被懲罰：部分或者全部的鎖定代幣會被銷毀。這對不良行為提供了很好的抑制作用。POW沒有類似的獎懲機制，僅僅是損失算力(電力)成本而已。
破壞POW系統(tǒng)需要掌握51%以上算力，目前，排名前三的礦池算力加在一起已經(jīng)超過51%，但攻擊從未發(fā)生過。因為只要發(fā)生一次51%的攻擊，比特幣網(wǎng)絡(luò)的金字招牌“可信度”就蕩然無存，幣價跳水，這對靠挖礦獲得幣而從而獲得收益的礦工及其不劃算，何必自己砸自己。也就是說攻擊的代價會極大可能的高于誠實挖礦，所以都選擇不攻擊，這是個博弈的問題。(實際高于30%就可以發(fā)起攻擊，但是高于51%就是鐵定會攻擊成功)。
傳統(tǒng)POS鏈的共識需要2/3以上的驗證者組同意所有發(fā)生在layer1上的事務(wù)：所有作為鏈狀態(tài)機一部分的邏輯都要被認可。即，每個人都需要驗證網(wǎng)絡(luò)所有的信息。然而，驗證者可能基于收到異步網(wǎng)絡(luò)不同的信息，對系統(tǒng)有不同的看法。這讓對鏈最新狀態(tài)達成一致變得困難。
意思是說，POS的吞吐量更高，更加節(jié)能，創(chuàng)建一個區(qū)塊消耗的時間成本和網(wǎng)絡(luò)資源成本更低。但是POS需要全網(wǎng)2/3的驗證者達成共識才能確定網(wǎng)絡(luò)的最新狀態(tài)，驗證者們可能收到異步網(wǎng)絡(luò)的不同信息，對系統(tǒng)的最新狀態(tài)看法不一致，這就會導致網(wǎng)絡(luò)的最新狀態(tài)不容易確認。
這也是波卡極致分片架構(gòu)設(shè)計的考慮點之一：不需要每個節(jié)點參與者驗證每一筆交易，只需要每個節(jié)點參與檢查一部分交易即可。每個節(jié)點參與者檢查交易的某些子集，就使得拜占庭中有了足夠的冗余，任意惡意的參與者就無法潛入無效的交易中，至少在沒有被發(fā)現(xiàn)并受到削減的情況下，這些交易不能被還原，即在那些交易被恢復的情況一定會被發(fā)現(xiàn)受到懲罰。
另外，很多人喜歡拿以太坊和波卡做對比，從技術(shù)上來說，波卡是更新的一代，自然更高級。但客觀的看待以太坊，它在最初創(chuàng)立的時候就想用POS共識，但當時POS共識還不如現(xiàn)在成熟，且POW的可靠性高，所以選擇了后者，后者正是由于其對出塊的時間的限制，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)賬更可靠，更能減少惡意交易，這和利用POW算法來杜絕垃圾郵件是一個道理。
與此同時，需要注意的是，POW是概率性共識，可能網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點同時碰撞出同一個正確的哈希值，這個時候就會出現(xiàn)我們說的硬分岔(概率性終態(tài)確定)。
POS的共識，是確定了參與驗證的節(jié)點集合，這些節(jié)點采用的是類PBFT共識，類似于有序輪換者出塊。變種的波卡的NPOS是需要首先超過一半的簽名才算有效，簽名者不可以重復，這保證了每一輪只可能有一個節(jié)點獲得出塊權(quán)，是一種確定性的共識 。
由此可見，一般POS的安全性是低于POW的，因為驗證人集合已知，而且數(shù)量不多，不像POW需要足夠算力才能攻擊，POS中聯(lián)合驗證人中一定比例的節(jié)點作惡就能攻擊。那么如何提高POS的安全性呢?
(1)懲罰機制：即消減(slash)或者沒收(chill);
(2)與多種算法協(xié)作，取長補短：好比波卡的分片和POS結(jié)合在一起相互協(xié)調(diào)，利用架構(gòu)的交互性，集中資金保護所有鏈：允許一條平行鏈的Host可以為很多平行鏈提供完全的安全保證，而不是部分資金保護部分鏈，形成資金低效和浪費的狀態(tài);甚至不需要所有參與者檢查所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。同時又結(jié)合了隨機選舉驗證者節(jié)點組和GRANDP&BABE來保證網(wǎng)絡(luò)整體運行安全。
綜上，在網(wǎng)絡(luò)性能方面，POS的吞吐量更高，安全性能需要多種算法協(xié)作。
3、資源利用
POS算法幾乎沒有資源消耗，唯一消耗的是網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。POW挖礦經(jīng)歷了CPU/GPU/ASIC芯片一系列的迭代，這些都是為了更加高效地挖出幣，過程中消耗大量電力、算力、以及硬件資源，可以說是資源浪費。但換個角度，POW挖礦形成了一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈：水電站、網(wǎng)絡(luò)、礦機制造等等，只是網(wǎng)絡(luò)找到合適的哈希值實際上并沒有其他的作用，僅僅是挖到了幣。
4、去中心化
在波卡的NPOS出現(xiàn)之前，無論是POW還是POS，都會逐漸演化出權(quán)利集中的問題。傳統(tǒng)POS存在大戶互相投票，互相推舉為大節(jié)點的現(xiàn)象，讓老百姓參與的機會少;且由于沒有民主公投這樣的明確網(wǎng)絡(luò)問題解決機制，就形成了和POW礦池挖礦類似的價值回路必須要通過外部輸入，其安全性不直接與使用者相關(guān)，而是要通過大節(jié)點或者礦工這類媒介來完成(不過筆者以為挖礦集中化和專業(yè)是很正常的事情，天下熙熙皆為利來，天下攘攘皆為利往。只是集中化帶來的結(jié)果違背了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)初衷)。
綜上所述：
POW是靠誰的算力大取勝獲得網(wǎng)絡(luò)獎勵，但并不是算力大就一定能獲得，且會造成資源浪費;POW雖然網(wǎng)絡(luò)慢，但是可靠性更高。
POS是靠質(zhì)押綁定來獲得獎勵，質(zhì)押的多獲得的多，沒有額外的消耗。網(wǎng)絡(luò)安全性相對更弱，但可通過與其它算法協(xié)同合作來提高安全性。
以上就是一文讓小白讀懂的POW和POS概念詳解(內(nèi)含波卡)的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于POW和POS概念的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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