详解工作证明机制（PoW）和权益证明机制（PoS）

共识机制是我们在了解区块链后常常会听到的词汇。

但如果你和朋友聊天，满嘴PoW、PoS，那你的朋友也许会是这样：

一方面，作为同样可保障区块链网络安全且拥有验证交易功能的共识机制，它们都可以使用符合网络规则的交易来更新账本，矿工也都可以通过这两个共识机制来得到挖矿奖励。

另一方面，作为不同的共识机制，分别具备其自身的效率和权衡是理所应当的。

因此当以太坊计划从PoW过渡到PoS、比特币因两种机制产生不同能耗时，这两家为彼此的优缺点各执一词，争论愈发激烈。

为了给各位一头雾水的小伙伴带来吃瓜的机会，本文将详解这两种机制的主要作用以及它们分别的优劣。

双花

如果一位女士在不知情的情况下与一位已婚男士举办了婚礼，那男士就相当于发起了一次“双花攻击”——假装未婚，娶到了两位妻子。

双花又名双重支付，是功能性数字货币网络的主要障碍。

对于现实支付来说，有句话叫做“一手交钱，一手交货”，但是对于数字货币来说，假如其所处的网络环境并不安全，那完全可以“一手假装交钱，一手交货”。

比如张三想用一根棒棒糖换李四的一套房，如果没有共识机制，那么没人能证明李四是否同意此笔交易，也没有人能证明此笔交易是否完成。

幸运的是，亚当·贝克（Adam Back）与哈希现金（HashCash）、戴伟（Wei Dai）与B币（B-Money）、尼克·萨博（Nick Szabo）与比特黄金（Bit Gold）——提供了解决这一问题的不同方法。

紧接着2008年，中本聪在比特币白皮书中延用了以上成果，提出了真正的解决方案：工作证明机制（PoW）。短短12年，比特币一跃成为数字货币龙头，资产已达万亿。而作为世界上第一家万亿美元的公司——苹果公司，花了42年才达到这个里程碑。

那么工作证明机制（PoW）是如何运转的呢？为什么它可以解决双花问题？

工作证明机制（PoW）

PoW很好解释，其实就像我们日常工作那样的按劳分配。

它通过数学形式要求矿工用可验证的工作来支持他们对网络状态的决断，并以此规避那些随意且有害的更新。

因此矿工为了获得区块奖励，竞相将作为有效解决方案的区块添加至区块链中。矿工拥有的算力越多，就越可以获得打包区块的优先权。通过这种共识方式，可以有效规避双花攻击的发生。

PoW的优势

PoW的最大优势就是其安全性，同时是比特币以及其他PoW链去中心化的基础。

矿工必须投入真正的资源（以计算硬件和电力等形式），因此任何人都需要获得网络一半以上的算力才可以实现恶意攻击（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，但它仍是保障并确保数万亿美元安全交易的主要机制之一。

通过PoW，所有人都可以挖矿，甚至在专业的矿工团队出现之前，大家都可以在家自行挖掘比特币。

作为相互竞争以提交有效区块的独立节点的集合，PoW也完全满足了去中心化的要求，成为了在安全风险极高的加密世界中实现共识的有效方法。

PoW的劣势

一方面，PoW其实并不能阻止51%攻击，只是让攻击的成本变得非常高，因此哈希值较低的小型网络已经逐步成为了此类攻击的受害者。

另一方面，PoW的能源损耗一直是它广受诟病的原因。

一个矿场运行着数以万计的挖矿设备，耗费着现实世界中大量的电能能源。目前的世界已经进入与自然和谐的阶段，投资的ESG（环境、社会和治理）效应是许多机构首先考虑的问题。

很多头条新闻宣称比特币每年使用的能源甚至高于挪威一整个国家一年的消耗。

但有意思的是，有些时候美国十二月的圣诞灯饰所耗电力也要高于类似萨尔瓦多和印度尼西亚等国家一年所使用的电力。

因此这个问题比较见仁见智，如果是你，你会倾向于世界拥有比特币还是世界减少一些能源消耗？

权益证明机制（PoS）

因为愈演愈烈的能源争论，PoS作为PoW的替代共识机制出现了。

PoW规定矿工无需持有他们挖矿的代币，但PoS要求必须持有这个代币并将其质押给区块网络，从而根据总量获取奖励。也就是如果你持有的代币越多，时间越长，你所能获取的奖励就越多。

PoW机制以利益捆绑的方式保证安全，人们相当于是在做投资，因此在安全性上也有一定的优化。

PoS的优势

显而易见，不存在挖矿这一行为后，过度能源消耗的问题得到了解决。

因此以太坊迅速将自身机制由PoW转为了PoS，并预估这一转变将使以太坊的网络能耗降低99%。

而作为大大增加以太坊基础链吞吐量的扩展解决方案的分片技术也需要PoS机制的支持。

同时一台智能手机就可以满足PoS的要求，并不需要PoW那样专业的硬件比如ASIC（特定应用集成电路）这种很快会被淘汰还很昂贵的挖矿机。

最重要的是PoS机制让51%攻击更加难以实现——即使恶意攻击者拥有了51%的算力，也未必可以进行51%攻击，因为有一部分的货币并不是挖矿产生的，而是由利息产生，这大大提高了攻击的难度，保障了安全。

PoS的劣势

就像是算力最高的矿工可以最快打包区块得到奖励一样，在PoS中，质押代币最多的验证者也可以最快得到验证资格获取奖励。这将导致“越富的越富，越穷的越穷”。

因此PoS无法解决PoW网络中出现的中心化问题。

更为难以解决的是分叉问题。

PoS机制会无法避免的引发无成本利益，从而导致频繁分叉。对于PoW来说，即便一个矿工在分叉的新链上投入所有算力，也很难会有新矿工想要加入，因为稳定和庞大的链的收益会更加可观，也更安全。

但是对于PoS来说，这样的行为是没有成本的，恶意攻击者可以将质押的代币投入两条分叉的链上，无论某条分叉的链是否被拒绝，也不会遭受损失，甚至可以获取双倍的区块奖励。这将导致更频繁的分叉，对用户来说也意味着更高的不稳定性。

写在结尾

两种共识机制其实都是验证交易的可行方式。

相比较而言，PoW在比特币网络上堪称完美，它通过数学共识机制使用现实的资源来支持比特币的发行，而PoS更为经济，减少了能源的损耗。

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

区块链网络拥有不同的应用场景及目标，因此不同的区块链系统采用了不同的共识算法有助于该领域的进一步完善。

未来也许会出现将PoW和PoS的优势结合起来的全新共识机制，那么到了那个时候，区块链也将迎来又一次的飞跃式发展。