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pos機(jī)行業(yè)學(xué)習(xí)
通證通研究院 × FENBUSHI DIGITAL 聯(lián)合出品
文：宋雙杰，CFA；孫含儒
特別顧問：沈波；Rin；JX
導(dǎo)讀
采用PoS共識的區(qū)塊鏈項(xiàng)目從數(shù)量和市值規(guī)模上看，落后于采用PoW類共識的項(xiàng)目。為什么在已有成熟理論的基礎(chǔ)上，新的PoS項(xiàng)目進(jìn)展仍然不及預(yù)期？PoS共識是否有足夠的優(yōu)勢能夠讓人們接受它并在區(qū)塊鏈共識領(lǐng)域占有一席之地？“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”（Staking Economy）是否是區(qū)塊鏈未來新的發(fā)展方向？
摘要
基于PoS共識的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有成為“驗(yàn)證者”的節(jié)點(diǎn)都能夠獲得生產(chǎn)（或者發(fā)布）區(qū)塊的權(quán)利，其概率取決于其擁有的“權(quán)益”多少。相比工作量證明，PoS共識的優(yōu)勢包括減少能源消耗、保障安全性、以及降低中心化風(fēng)險(xiǎn)。
早期的PoS共識面臨著“無利害關(guān)系”危機(jī)，區(qū)塊鏈容易分叉?！皥?zhí)劍人”機(jī)制通過加入對不誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的懲罰措施解決以往PoS共識的無利害關(guān)系攻擊。移動檢查點(diǎn)和上下文感知機(jī)制能夠預(yù)防針對PoS共識的“長程攻擊”。
根據(jù)權(quán)益在共識經(jīng)濟(jì)模型中扮演的角色以及重要程度的不同，我們可以將PoS共識分為純PoS共識、混合型PoS共識、DPoS以及僅有權(quán)益的概念四種，一般只將前兩種作為PoS共識討論。PoS代表的“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”是一個與PoW共識不同的經(jīng)濟(jì)體系，一般采用通脹的經(jīng)濟(jì)模型，只有抵押通證參與網(wǎng)絡(luò)共識過程才能獲得利息收益。由于通脹的存在，“持幣待漲”的守財(cái)奴策略不再適用于新型PoS共識，全體持有者都必須參與網(wǎng)絡(luò)共識過程，在此需求基礎(chǔ)上將有更多的金融應(yīng)用場景出現(xiàn)。
我們還可以從經(jīng)濟(jì)角度分析PoS網(wǎng)絡(luò)的安全性。在初始分配合理的情況下PoS能夠保證不低于工作量證明的"經(jīng)濟(jì)學(xué)"安全性。但PoS經(jīng)濟(jì)模式同樣沒能解決壟斷與中心化的問題。
長遠(yuǎn)來看，以PoS共識為基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展到與PoW共識區(qū)塊鏈同等的規(guī)模。
風(fēng)險(xiǎn)提示：中心化風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)進(jìn)展不及預(yù)期、市場波動風(fēng)險(xiǎn)。
目錄
1 權(quán)益證明，一段簡史
2 權(quán)益證明的安全“執(zhí)劍人”
2.1 區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲摹肮乇瘎 ?/p>
2.2 “執(zhí)劍人”機(jī)制
2.3 新的問題——“長程攻擊”
3 權(quán)益經(jīng)濟(jì)——PoS共識的經(jīng)濟(jì)理念
3.1 PoS共識種類
3.2 全體持有人參與共識的網(wǎng)絡(luò)
3.3 從經(jīng)濟(jì)角度“量化”PoS的安全性
3.4 壟斷與卡特爾組織
3.5 目前主流PoS算法簡介
4 PoS的現(xiàn)在與未來
正文
2012年，Scott Nadal和Sunny King在一篇論文中提出PoS權(quán)益證明，是一種中本聰工作量證明的替代共識。首個將PoS概念融入到共識機(jī)制中的Peercoin（點(diǎn)點(diǎn)幣）于同年上線。隨后的幾年里，一些大型區(qū)塊鏈項(xiàng)目例如Ethereum、Cosmos都提出了各自的PoS解決方案。但七年后的今天，主網(wǎng)采用PoS共識（這里不包括DPoS、PoW+PoS混合共識）的區(qū)塊鏈項(xiàng)目從數(shù)量和市值規(guī)模上看，均落后于采用PoW類共識的項(xiàng)目。為什么在已有成熟理論的基礎(chǔ)上，新的PoS項(xiàng)目進(jìn)展仍然不及預(yù)期？PoS共識是否有足夠的優(yōu)勢能夠讓人們接受它并在區(qū)塊鏈共識領(lǐng)域占有一席之地？“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”（Staking Economy）是否是區(qū)塊鏈未來新的發(fā)展方向？
1權(quán)益證明，一段簡史
在基于PoS共識的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)不再通過算力競爭記賬權(quán)，獲得記賬權(quán)的概率取決于其擁有的權(quán)益多少。這里的“權(quán)益”（Stake）可以是節(jié)點(diǎn)持有的通證數(shù)量，也可以是關(guān)于通證數(shù)量的一個函數(shù)。例如下面提到的Peercoin提出的“幣齡”概念，節(jié)點(diǎn)持有通證的時間越長，累計(jì)的幣齡也越多。相比工作量證明，PoS共識的優(yōu)勢包括減少能源消耗、保障安全性、以及降低中心化風(fēng)險(xiǎn)。
縱觀PoS歷史，可以將PoS的發(fā)展大致劃分為三個階段。
第一階段是以Peercoin為代表的PoW+PoS混合共識。但是這類早期的混合共識仍然需要參與區(qū)塊生產(chǎn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一定量的哈希值計(jì)算，即以類似工作量的方式生產(chǎn)區(qū)塊，只不過各節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算尋找出合法區(qū)塊的概率與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益相關(guān)，即根據(jù)權(quán)益選擇生產(chǎn)者，并且采用基于權(quán)益的激勵方式。Peercoin并沒有完全實(shí)現(xiàn)“降低能耗”的目標(biāo)。
第二階段是以Nextcoin為代表的純PoS共識。這類PoS共識機(jī)制不需要或只需節(jié)點(diǎn)進(jìn)行少量的哈希值計(jì)算，而采用分布式的、可驗(yàn)證的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)來選擇區(qū)塊生產(chǎn)者，激勵方式仍然與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益相關(guān)。這類PoS共識相比工作量證明耗費(fèi)更少的能源，但仍然有一個危及網(wǎng)絡(luò)安全的隱患沒有徹底解決——Nothing at Stake攻擊（無利害攻擊）。
第三階段是以以太坊Casper為代表的新型PoS共識。這類共識通常將PoS作為共識算法的一部分：以PoW的方式生產(chǎn)區(qū)塊，每間隔一定數(shù)量的區(qū)塊以PoS方式確認(rèn)共識的最終性；或是以PoS的方式生產(chǎn)區(qū)塊，使用BFT類算法進(jìn)行區(qū)塊驗(yàn)證。這類PoS共識不以采用的具體算法為劃分依據(jù)，它們的共同點(diǎn)是實(shí)行“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”，節(jié)點(diǎn)能夠通過參與網(wǎng)絡(luò)共識，根據(jù)持有權(quán)益的比例獲取區(qū)塊獎勵。不同于早期的PoS，這類共識通過加入對不誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)懲罰，解決了“無利害關(guān)系”問題，增強(qiáng)了PoS共識的安全性。
除此之外，以BitShares、EOS為代表的“委托”類（DelegatedPoS）共識也被公眾熟知。但這類共識中，權(quán)益僅僅體現(xiàn)在投票選舉“超級節(jié)點(diǎn)”上，而與經(jīng)濟(jì)模型、激勵懲罰無關(guān)，因此一般不作為PoS共識討論。
根據(jù)區(qū)塊鏈生產(chǎn)的過程可以將PoS共識分為以下兩類：
基于“鏈”的PoS（Chain-based Proof of Stake）。類似BTC PoW生產(chǎn)區(qū)塊的原理，算法每隔一定的時間內(nèi)根據(jù)節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益隨機(jī)選擇一個節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)生產(chǎn)區(qū)塊，這個區(qū)塊必須附加在一個合法區(qū)塊之后，當(dāng)分叉產(chǎn)生時，通過共識算法規(guī)定的規(guī)則選擇一條鏈作為共識鏈。
“拜占庭”類PoS（BFT-style Proof of Stake）。算法每隔一定的時間內(nèi)根據(jù)節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)發(fā)布一個區(qū)塊，但這個區(qū)塊是否合法、能被附加到共識鏈之后需要得到一定比例的驗(yàn)證者投票確認(rèn)。
2權(quán)益證明的安全“執(zhí)劍人”
與PoW共識中的算力競爭，即通過引入稀缺的外部資源，并以通證對節(jié)點(diǎn)付出的算力予以獎勵來保證區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性的模式不同，PoS希望依托區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)生力量來解決安全性問題。PoS共識按“權(quán)益”分配區(qū)塊記賬權(quán)與網(wǎng)絡(luò)獎勵，并通過一系列創(chuàng)新性的解決方案保證共識的安全性，并在此基礎(chǔ)上開創(chuàng)了區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绐?dú)特的“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”。
2.1 區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲摹肮乇瘎 ?/p>
早期的PoS共識面臨著容易產(chǎn)生分叉的危機(jī)。哈丁教授在《公地悲劇》（Tragedy of the commons）一文中描述了這樣一個故事：一些牧羊人在一片公共的草原上放牧，由于草原的資源是有限的，因此當(dāng)羊群數(shù)量超過草原能承載的最大數(shù)量后，羊群的總產(chǎn)值會下降?？紤]一個簡單的由兩名牧羊人構(gòu)成的模型，假設(shè)草原合理的放牧量為兩只，兩名牧羊人各有一只羊，此時每只羊的產(chǎn)值為1個單位，每增加一只羊，羊群的總產(chǎn)值會有所下降。
每個牧羊人面臨兩個選擇：增加一只羊或是維持現(xiàn)狀。如果牧羊人是理性的，那增加一只羊?qū)⑹莾煞N情況下的最優(yōu)策略，然而當(dāng)兩名牧羊人都選擇放牧?xí)r，草原的總產(chǎn)值下降了?！肮乇瘎 苯o人們的啟示是，個體對公共資源無節(jié)制的開發(fā)利用會導(dǎo)致整體利益的受損。
早期的PoS共識同樣面臨著類似的難題，即“理性分叉”。在以“鏈”為基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)同樣高度的兩個區(qū)塊，即網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)分叉時，節(jié)點(diǎn)面臨兩個選擇：一、根據(jù)共識規(guī)則，選擇其中的一個節(jié)點(diǎn)作為主鏈，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)新區(qū)塊；二、在兩條分叉鏈上同時生產(chǎn)新區(qū)塊。
區(qū)塊鏈作為一種無形的技術(shù)，承載的生態(tài)是其價值重要的一部分。在“公地悲劇”的例子中，被濫用的草原資源是有限的，雖然區(qū)塊鏈生態(tài)仍在飛速發(fā)展中，但無限制分叉勢必會造成區(qū)塊鏈開發(fā)人員、社區(qū)、生態(tài)系統(tǒng)的割裂，分叉鏈之間的競爭相對沒有分叉來說會降低它們的總體價值。
在PoW共識區(qū)塊鏈中，這樣的選擇其實(shí)是不成立的。節(jié)點(diǎn)擁有的算力是固定的，如果節(jié)點(diǎn)分配一部分算力在分叉鏈上挖礦，那么首先要承擔(dān)該分叉鏈最終不具有任何價值的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)點(diǎn)會損失因?yàn)樵诜植骀溕贤诘V而在主鏈上減少的收益。如果該分叉鏈價值得到認(rèn)可，那么其他理性的節(jié)點(diǎn)會迅速將算力切換到分叉鏈上，從而達(dá)到兩條鏈上單位算力收益的平衡。如果節(jié)點(diǎn)的算力占全網(wǎng)算力的比例沒有變化，那么它并不能因此獲取超額收益。一個理性節(jié)點(diǎn)的選擇是在最有可能成為主鏈的鏈上繼續(xù)挖礦。
而PoS共識下，分叉鏈在分叉高度之前的區(qū)塊與原鏈完全相同，因此節(jié)點(diǎn)在分叉鏈上也擁有相同數(shù)量的通證。從而有相應(yīng)的權(quán)益能夠在分叉鏈上繼續(xù)生產(chǎn)區(qū)塊，兩條鏈上的挖礦互不影響，因此理性的節(jié)點(diǎn)會默許分叉鏈的存在。
有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，通證的持有者如果可以預(yù)見到這種分裂帶來的危害，會為了維護(hù)自己的利益而拒絕在分叉鏈上生產(chǎn)區(qū)塊的行為。但事實(shí)上，群體中的大部分個體都是短視的，如果沒有其他的規(guī)則加以限制，很少有節(jié)點(diǎn)會放棄分叉鏈上的權(quán)益。這又被稱為“無利害攻擊”（Nothing-at-Stake）。
2.2 “執(zhí)劍人”機(jī)制
以太坊Casper共識應(yīng)用了“執(zhí)劍人”（Slashers，又譯“劍手”）機(jī)制，在共識機(jī)制中引入懲罰措施，解決以往PoS共識的公共地悲劇。該協(xié)議的核心內(nèi)容是，參與區(qū)塊生產(chǎn)的節(jié)點(diǎn)（被稱為驗(yàn)證者）需要抵押一定的保證金，并規(guī)定一系列的懲罰條件。當(dāng)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)采取了懲罰條件中列出的行動之后，節(jié)點(diǎn)抵押的保證金將被沒收，并收回驗(yàn)證者權(quán)利。會被懲罰的行為通常包括同時在兩條鏈上生產(chǎn)區(qū)塊、沒有在最新高度上生產(chǎn)區(qū)塊等惡意行為。對表現(xiàn)出可能的惡意行為的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)制裁（Slashing），改變了節(jié)點(diǎn)在可能出現(xiàn)分叉鏈時挖與不挖兩種選擇的預(yù)期收益，只要節(jié)點(diǎn)挖分叉鏈，或者發(fā)動攻擊行為能獲得的預(yù)期收益小于其抵押的保證金，那么理性節(jié)點(diǎn)的選擇將是遵守規(guī)則，做一個誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)，從而化解了無利害關(guān)系攻擊。
科幻小說《三體》中的“執(zhí)劍人”在當(dāng)三體艦隊(duì)對地球發(fā)動攻擊時發(fā)送三體星系坐標(biāo)，毀滅三體星系與太陽系，是地球制約三體攻擊者的關(guān)鍵力量。新一代PoS共識中的“執(zhí)劍人”機(jī)制也是制約潛在攻擊者的利器，通過規(guī)定合理的懲罰條件與抵押金額，能夠有效增強(qiáng)共識機(jī)制抵御各類網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力。
2.3 新的問題——“長程攻擊”
基于鏈的PoS共識在如何確定共識的最終性上更加復(fù)雜。PoS拋棄了“以累計(jì)工作量最大的鏈作為主鏈”的概念，在節(jié)點(diǎn)可以自由加入或退出的PoS網(wǎng)絡(luò)中，抵押金的變動是動態(tài)的，驗(yàn)證者需要獲取最新的其他驗(yàn)證者信息，才能判斷哪些區(qū)塊是真正有效的。不同于PoW網(wǎng)絡(luò)判斷區(qū)塊是否合法僅僅依賴幾個客觀的信息：交易合法性、區(qū)塊頭哈希是否滿足要求，判斷主鏈采用確定的最長鏈原則，PoS還需要考慮“長程攻擊”的可能性。
“長程攻擊”是PoS共識中威脅最大的攻擊形式，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)收回了他的抵押金時，雖然它不再擁有驗(yàn)證以后的區(qū)塊的權(quán)利，但是仍然可以對收回抵押之前的區(qū)塊進(jìn)行回滾，并且由于它不再會受到?jīng)]收押金懲罰，因此攻擊者能夠通過賄賂這些節(jié)點(diǎn)，收集足夠的“幽靈”抵押金（這些抵押金已經(jīng)被收回了），重新構(gòu)造一條足夠長的攻擊鏈，嘗試替換這些節(jié)點(diǎn)在作為驗(yàn)證者期間曾經(jīng)驗(yàn)證過的區(qū)塊。
一種解決策略是移動檢查點(diǎn)。即每隔一定的區(qū)塊間隔設(shè)置檢查點(diǎn)，只有檢查點(diǎn)之后的區(qū)塊可能會被重組。檢查點(diǎn)的間隔一般少于要求的最短抵押金抵押時間，從而保證有充足可能性的區(qū)塊都是由還有繳納了抵押金的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的。另一種解決策略是“上下文感知交易”（Context-Aware transactions）。在構(gòu)造一筆交易時，在交易中記錄前一個或前幾個區(qū)塊的哈希值，這樣就能將一筆交易和特定的區(qū)塊分支聯(lián)系起來，在分叉鏈上偽造交易就變得困難。
3權(quán)益經(jīng)濟(jì)——PoS共識的經(jīng)濟(jì)理念
3.1 PoS共識種類
根據(jù)權(quán)益（Stake）在共識經(jīng)濟(jì)模型扮演的角色不同，我們可以將PoS再細(xì)分為以上幾類。
在后兩種共識機(jī)制中，權(quán)益在共識過程中沒有起到?jīng)Q定性作用，因此一般不將其作為PoS共識討論。它們與前兩種PoS共識的區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)激勵是否按照節(jié)點(diǎn)擁有的權(quán)益多少進(jìn)行分配。一些PoS共識雖然也是通過投票選舉出有限數(shù)量的驗(yàn)證者參與共識過程，但這種選舉是通過智能合約將通證“委托”給驗(yàn)證者實(shí)現(xiàn)的。驗(yàn)證者對委托的通證不具有使用權(quán)，并且驗(yàn)證者獲得的區(qū)塊獎勵按通證數(shù)量分配給其所有者。而DPoS共識中，區(qū)塊獎勵僅分配給超級節(jié)點(diǎn)以及一定數(shù)量的候選人節(jié)點(diǎn)。
純粹PoS和混合型PoS共識的區(qū)別在于選擇驗(yàn)證人的過程是否與其持有的權(quán)益相關(guān)。對應(yīng)PoW共識中選擇區(qū)塊生產(chǎn)者的概率與其算力相關(guān)?；旌闲蚉oS共識一般通過PoS為區(qū)塊鏈提供"最終性"檢驗(yàn)，而區(qū)塊的生產(chǎn)、驗(yàn)證者的選擇通過其他方式完成。如果節(jié)點(diǎn)取得記賬權(quán)的概率與它抵押的權(quán)益相關(guān)，那么可以認(rèn)為此類共識是純PoS共識。
這樣定義的純PoS并不是不能包含其他的共識算法，事實(shí)上大部分PoS共識都使用BFT類算法完成對區(qū)塊的投票。例如，Tendermint的基礎(chǔ)算法是PoS+pBFT，Proof of Activity的基礎(chǔ)算法是PoS+PoW，Casper FFG的基礎(chǔ)算法是PoW+PoS+BFT，PoS未來的發(fā)展趨勢也將是混合型共識。
3.2 全體持有人參與共識的網(wǎng)絡(luò)
PoS共識可以概括為：權(quán)益持有者將通證投給他們認(rèn)為合法的區(qū)塊，并愿意承擔(dān)因被發(fā)現(xiàn)作弊行為而失去抵押的保證金風(fēng)險(xiǎn)。在一個區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，通證的持有者大致可分為以下幾種類型：個人投資者、機(jī)構(gòu)投資者、基金會以及項(xiàng)目開發(fā)者。這些通證持有者儲存通證的方式包括：個人保管私鑰（包括離線錢包服務(wù)）、交易所以及托管機(jī)構(gòu)。在傳統(tǒng)的PoS共識中，只需要持有通證就可以自動獲得利息收入，因此個人、機(jī)構(gòu)投資者通常不愿鎖定自己的通證參與共識過程，造成網(wǎng)絡(luò)安全性偏低。
在加入懲罰機(jī)制的PoS共識中，只有抵押通證參與網(wǎng)絡(luò)共識過程才能獲得利息收益。由于通脹的存在，“持幣待漲”的守財(cái)奴策略不再適用于新型PoS共識，全體持有者都必須參與共識過程以獲取區(qū)塊獎勵。懲罰機(jī)制的存在使運(yùn)行專業(yè)的共識節(jié)點(diǎn)所需的成本大大提升，個人投資者難以承擔(dān)開支。
如果PoS網(wǎng)絡(luò)不支持類似委托功能的智能合約，那么就會產(chǎn)生專業(yè)化的代為驗(yàn)證的機(jī)構(gòu)。個人投資者委托專業(yè)的驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)代為抵押通證，并支付一定的管理費(fèi)用，獲得利息收入。而適合開展這項(xiàng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)參與者包括數(shù)字通證交易所、錢包等，Coinbase目前已計(jì)劃實(shí)施為Tezos用戶提供權(quán)益抵押服務(wù)，并估計(jì)投資者的年被動收益約為8%，Coinbase再從中收取20%的管理費(fèi)。
個人投資者如果參與新型PoS權(quán)益經(jīng)濟(jì)，以下風(fēng)險(xiǎn)是值得深入考慮的：抵押通證承擔(dān)的機(jī)會成本、預(yù)期收益率、委托抵押機(jī)構(gòu)的專業(yè)能力與傭金收取、自建驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)所需的專業(yè)知識和成本。
新型PoS共識鼓勵全體通證持有者參與到共識過程中，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全性，這種安全性與PoW相比有一些不同之處。
3.3 從經(jīng)濟(jì)角度“量化”PoS的安全性
區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性是其一切應(yīng)用、性能指標(biāo)的基礎(chǔ)，引入了“執(zhí)劍人”機(jī)制的PoS共識應(yīng)當(dāng)能夠提供與PoW相當(dāng)?shù)陌踩浴０踩耘c共識機(jī)制容錯能力概念略有區(qū)別，共識的容錯能力通常是通過算法推導(dǎo)出的理論值，而網(wǎng)絡(luò)安全性還受到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行情況、經(jīng)濟(jì)模型、節(jié)點(diǎn)規(guī)模等一系列因素的影響，我們希望尋找一個能夠量化的指標(biāo)來衡量區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全性。
從經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，如果攻擊一個系統(tǒng)能夠獲得的收益高于為了攻擊它付出的代價，那么類似的攻擊是值得嘗試的。相反，如果攻擊一個系統(tǒng)付出的代價高于能夠獲得的收益，對于攻擊者來說是不合算的，這樣的系統(tǒng)是“經(jīng)濟(jì)學(xué)安全”的。例如美墨的邊境墻，美墨邊境地區(qū)的毒品貿(mào)易、非法偷渡、甚至人口販賣都能夠帶來暴利，相對地突破邊境墻所需的成本（例如修建地道）就不值一提了，因此“邊境墻”是一個經(jīng)濟(jì)學(xué)不安全的例子。
現(xiàn)代密碼學(xué)就是一個能夠保證個人數(shù)據(jù)“經(jīng)濟(jì)學(xué)安全”的應(yīng)用的例子。即使是日常生活中應(yīng)用較多的對稱式加密，如果不考慮網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫泄漏、明文存儲密碼等人為因素，其安全性也是非常高的。試圖破解一個普通用戶的密碼，花費(fèi)的成本往往高過用戶賬戶本身的價值，區(qū)塊鏈所基于的非對稱加密技術(shù)更是能夠抵抗目前全世界所有計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力攻擊。
在PoW共識中，網(wǎng)絡(luò)的安全性依靠足夠的算力保證，而節(jié)點(diǎn)只有在有足夠經(jīng)濟(jì)激勵，即運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的邊際成本小于邊際收益的情況下，才會參與到挖礦當(dāng)中。由于PoW網(wǎng)絡(luò)不存在對惡意節(jié)點(diǎn)的懲罰措施，惡意節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的最大損失就是可能的區(qū)塊獎勵。如果攻擊者發(fā)動51%攻擊，那么它需要掌握至少51%的算力，并且如果攻擊者希望回滾N個區(qū)塊之前的交易，假設(shè)攻擊者擁有全網(wǎng)60%的算力，那么只需要再過3N個區(qū)塊高度，他就可以挖出一條比原鏈更長的攻擊鏈，那么他的攻擊成本約為3N個區(qū)塊總獎勵的60%。因此PoW網(wǎng)絡(luò)的攻擊成本是可以量化的，我們可以通過全網(wǎng)算力、算力租賃價格、結(jié)合礦機(jī)制造成本、網(wǎng)絡(luò)難度增長率等參數(shù)估算出網(wǎng)絡(luò)的安全度。
在包含Slasher協(xié)議的PoS共識中，惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)起攻擊行動不僅會損失可能的利息收入，還會損失抵押的保證金。一個區(qū)塊得到N%確認(rèn)的含義是：如果該區(qū)塊沒有成為最終的共識，那么驗(yàn)證者共計(jì)要損失全網(wǎng)抵押金總量的N%。假設(shè)在PoS共識區(qū)塊鏈中，攻擊者希望發(fā)動類似的攻擊，那么他需要抵押一定比例的通證，該比例因具體的共識算法而異。在以“鏈”為基礎(chǔ)的PoS共識中，一般需要抵押通證總量的51%以發(fā)動類似攻擊，付出的攻擊成本就是同等數(shù)量的通證，以及占比較小的損失的利息收入。
要獲取51%的流通通證同樣存在難度。一方面如果通過二級市場購買通證，那么大規(guī)模的收購勢必會推動價格的上漲，增加攻擊者的攻擊成本；另一方面已經(jīng)有相當(dāng)規(guī)模的通證處于抵押鎖定期。Cosmos已抵押的通證數(shù)量為7390萬枚，占總供給的39%；Tezos已抵押的通證數(shù)量為5.3億枚，占總供給的81%；Decred已抵押的通證數(shù)量為455萬枚，占總供給的48%。如果通證的初始分配合理，那么單個攻擊者實(shí)施類似攻擊的難度很大。
PoW網(wǎng)絡(luò)中的攻擊者如果只希望改寫最近的幾個區(qū)塊內(nèi)的交易，只需要付出數(shù)倍于區(qū)塊獎勵的成本，這取決于其掌握的算力多少，只要可能獲得的收益超過其攻擊成本，那么網(wǎng)絡(luò)陷入不安全的狀態(tài)。但PoS網(wǎng)絡(luò)中一旦有攻擊者掌握了51%的流通通證，那么對網(wǎng)絡(luò)安全造成的損害也是永久性的。
PoW共識引入外部資源為網(wǎng)絡(luò)提供安全性，并且這種資源本身的價值為攻擊行為制造了一定的門檻，而PoS共識則依靠網(wǎng)絡(luò)中通證的價值與懲罰機(jī)制預(yù)防攻擊行為。PoS權(quán)益證明在初始分配合理的情況下能夠保證不弱于工作量證明的“經(jīng)濟(jì)學(xué)安全”。
3.4 壟斷與卡特爾組織
“經(jīng)濟(jì)學(xué)安全”并不能代表區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)就是絕對安全的。一方面，存在著“不計(jì)代價”的攻擊者，如果攻擊者不計(jì)任何代價希望破壞區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，那么不考慮人為干預(yù)（社區(qū)強(qiáng)制回滾攻擊鏈等），目前沒有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)能抵御類似的攻擊。另一方面，寡頭壟斷是任何經(jīng)濟(jì)形式都面臨的問題。
在PoW網(wǎng)絡(luò)中，存在算力中心化、礦機(jī)制造商壟斷的問題，人們一方面擔(dān)心大型礦池集中了過多的算力，另一方面也擔(dān)心專門的礦機(jī)制造商以技術(shù)從源頭壟斷礦機(jī)的生產(chǎn)。由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的存在，投入大規(guī)模資金制造礦機(jī)或建立礦場的經(jīng)營者比中小經(jīng)營者擁有更低的成本，因此在PoW算力競爭模式中更加有競爭力，也更加容易形成壟斷。
PoS共識機(jī)制雖然避免了算力、礦機(jī)中心化的問題，卻也產(chǎn)生的新的壟斷形式。一些持有大量通證的節(jié)點(diǎn)可能自發(fā)地組織成為驗(yàn)證者聯(lián)盟，他們不需要做出任何可能會被沒收抵押金的行為，只要他們的抵押金超過51%，那么就對鏈上的治理、社區(qū)等擁有絕對的話語權(quán)。這樣的聯(lián)盟如果有足夠的執(zhí)行力，他們可以拒絕打包任何他們不希望打包的交易。這些潛在的壟斷者可能是項(xiàng)目早期的投資人、交易所、甚至項(xiàng)目方本身。如果類似的攻擊行為發(fā)生，那么只能依靠“社區(qū)共識”強(qiáng)制分叉，因此對于PoS項(xiàng)目來說，通證初始分配方案以及具有一定的流動性和市值規(guī)模非常重要。
從非中心化的角度來說，PoS不具備對PoW明顯的優(yōu)勢。
3.5 目前主流PoS算法簡介
Cosmos Network是在Tendermint共識算法上基礎(chǔ)建立的可操作、可擴(kuò)展的區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)。Tendermint是實(shí)用拜占庭容錯（pBFT）的一個PoS改編版。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)節(jié)點(diǎn)持有權(quán)益的多少以相應(yīng)的概率偽隨機(jī)地選出一個節(jié)點(diǎn)作為生產(chǎn)者發(fā)布一個區(qū)塊，但區(qū)塊的確認(rèn)和最終性驗(yàn)證仍然通過pBFT算法完成。
Casper FFG是PoW與PoS的混合型共識，有VitalikButerin主導(dǎo)開發(fā)，其目的是為了讓以太坊從PoW安全地過渡到PoS共識。節(jié)點(diǎn)抵押一定的ETH成為驗(yàn)證者，驗(yàn)證者的作用是當(dāng)以PoW方式生產(chǎn)的區(qū)塊鏈到達(dá)一定的高度時，對上一次檢查之后的這些區(qū)塊的最終性進(jìn)行投票，并根據(jù)抵押的ETH數(shù)量獲得報(bào)酬。確認(rèn)最終性后的區(qū)塊不可被更改，CFFG融合了PoW、PoS、BFT共識的思想，在PoW的基礎(chǔ)上每隔一定數(shù)量的區(qū)塊設(shè)置PoS檢查點(diǎn)，為之前的區(qū)塊提供最終性，進(jìn)一步增強(qiáng)了共識的安全性。
Casper CBC是工作量證明GHOST協(xié)議的PoS改編版本，CCBC是一個純粹的PoS共識，更加注重經(jīng)濟(jì)學(xué)安全性，并通過設(shè)計(jì)合理的激勵與懲罰規(guī)則阻止卡特爾組織的產(chǎn)生。
4PoS的現(xiàn)在與未來
Proof of Stake與其他共識算法的區(qū)別更多地在于經(jīng)濟(jì)理念與激勵模式上而不是技術(shù)與共識算法領(lǐng)域。權(quán)益的概念可以體現(xiàn)在治理權(quán)、投票權(quán)、獲得利息收入的權(quán)利、驗(yàn)證區(qū)塊的權(quán)利等方方面面。
目前的PoS共識在大量減少能源消耗的基礎(chǔ)上，通過引入對不誠實(shí)節(jié)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)上的懲罰規(guī)則，仍然可以保證不弱于PoW網(wǎng)絡(luò)的安全性。但PoS拋棄了工作量證明簡潔易行的理念：累計(jì)工作量最大的鏈即是共識鏈，也帶來了諸如"長程攻擊"等新的問題，因此不得不設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的機(jī)制以保證網(wǎng)絡(luò)安全，增加了開發(fā)成本與潛在的安全漏洞，大型PoS網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期。
PoS共識一般采用通脹的經(jīng)濟(jì)模型，為通證持有者發(fā)放利息收入，比通縮的經(jīng)濟(jì)模型更加符合現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)，但PoS經(jīng)濟(jì)模式同樣沒能解決壟斷與中心化的問題。PoS代表的“權(quán)益經(jīng)濟(jì)”是一個與PoW共識不同的經(jīng)濟(jì)體系，在此基礎(chǔ)上將有更多的金融應(yīng)用場景出現(xiàn)，長遠(yuǎn)來看，以PoS共識為基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)將會有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
附注：
因一些原因，本文中的一些名詞標(biāo)注并不是十分精準(zhǔn)，主要如：通證、數(shù)字通證、數(shù)字currency、貨幣、token、Crowdsale等，讀者如有疑問，可來電來函共同探討。
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