什么是 PoW 和 PoS？
工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）是公共区块链网络中最常用的两种共识机制。
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工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）是公共区块链网络中最常用的两种共识机制。这些系统提供网络安全，并激励去中心化的参与者群体为网络的共同利益而合作。
任何人都可以参与基于公共区块链的系统。没有单一的公司、中央银行或政府管理这些网络的运作。这意味着没有人可以直接控制比特币、以太坊、狗狗币等流行区块链。
这就是这些技术去中心化的原因。就像互联网一样，没有一个人或团体负责其维护和管理。相反，这一责任分散在全球成千上万的人之间。然而，去中心化也带来了一些重要问题：
- 如何创建一个强大、无信任的系统，使其能够抵御恶意行为者？
- 如果任何人都可以加入网络，如何促进诚实参与并劝阻坏行为者？
- 在没有总体管理者的情况下，如何选择谁来提议、验证和记录区块链上的数据？
这就是工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）等区块链共识机制发挥作用的地方。
共识是指在系统或人群中针对某一特定信息的协议。
比特币区块链及其后续区块链的革命性在于它们解决了一个长期存在的问题，即拜占庭将军问题。
拜占庭将军问题
拜占庭将军问题是分布式计算中的经典问题，涉及信任问题。它是一个关于分布式部队的共识问题，其中多个将军试图协调对一个城市的攻击。在这个问题中，将军们无法直接相互沟通，并且一些将军可能是叛徒，向其他将军发送虚假信息。
在区块链的上下文中，拜占庭将军问题是一个共识问题。在区块链网络中，有多个节点试图就账本的状态达成共识。然而，一些节点可能是恶意的，试图向其他节点发送虚假信息。问题在于，其他节点必须能够信任他们收到的信息，以便达成共识。
区块链通过使用共识算法来解决拜占庭将军问题，激励网络中所有参与者就单一真相达成一致。这是通过让网络中的每个节点验证交易并就交易的有效性达成一致来完成的。系统随后将这一共识记录在区块链上，从而创建一个不可更改、安全且共同共享的真相来源。共识机制确保网络中的所有参与者拥有相同的真相版本，且交易是有效的。
计算机科学家在1980年代构思了这个问题，但其基本概念源自经济学中的一个较早领域——博弈论。数学家约翰·冯·诺依曼和奥斯卡·摩根斯坦在拜占庭将军问题之前30年开创了博弈论。他们的研究分析了基于玩家个人行为、收益和惩罚的游戏结果。
区块链共识机制结合了这些理论原则。参与区块链网络的玩家被激励诚实地行动，以造福自己和网络的整体利益。相反，恶意行为者则会面临不诚实行为的惩罚。
工作量证明是一种共识机制，要求网络用户（称为“矿工”）投入计算能力以完成任务。
工作量证明（PoW）共识机制在1990年代初首次出现，作为防止电子邮件垃圾邮件的系统。该方法要求用户在能够发送电子邮件之前解决一个密码学问题。
对于仅发送少量电子邮件的合法用户而言，解决这个密码学难题是轻而易举的。然而，对于希望大量发送垃圾邮件的不诚实行为者而言，所需的计算能力使得这一过程成本高昂。
在2009年1月，匿名的比特币白皮书作者中本聪推出了比特币协议。这个点对点电子现金系统采用了改编版的PoW机制来解决上述的拜占庭将军问题。
比特币协议中使用的PoW共识机制结合了基于密码学的竞争。用户需要通过竞争来获得“提议新状态”的权利。
通过比特币挖矿过程，矿工生成称为哈希的随机固定长度代码，这样产生独特的64个十六进制代码（仅包含0-9的数字和A-F的字母）。
矿工随机生成哈希，直到某个哈希的前面有与目标哈希相同或更多的零。
目标哈希是由区块链协议的难度调整算法设定的数字。
当成功的矿工击败目标哈希时，他们获得提议将新交易块加入区块链的权利。如果网络认为提议的块有效，矿工将因其努力获得区块奖励（即BTC）。如果网络确定该块无效或欺诈，节点将拒绝该块，矿工的努力将白费。
作为回报，成功的矿工可以获得新铸造的比特币和他们添加到新块中的交易费用。这一奖励被称为区块奖励。
个别矿工可以通过矿池结合他们的计算资源，以提高在挖矿竞争中获胜的几率。任何获得的区块奖励将在池参与者之间按比例分配。
区块奖励通常遵循严格的预定义货币政策，奖励会随着时间的推移而系统性减少。例如，比特币每210,000个区块（大约每四年一次）将新铸造的币数量减半。这一减少称为比特币减半，随着时间的推移，新的币进入流通的速度逐渐减缓。
一旦获胜的矿工提出新的交易块，网络中其余的矿工将独立验证这些交易。一旦他们就块中存储的信息有效性达成共识，该块将永久加入区块链。
只有在51%或更多的验证者不诚实时，双重支出（双花：该交易被记录两次）的潜在威胁才会出现。然而，随着区块链网络的增长，这种攻击变得越来越难以完成。
每个新区块的挖矿竞争结束后，基于每个协议编程的区块时间开始重新启动。对于比特币，新块大约每10分钟被发现，但不同加密货币的区块时间各不相同。其他加密货币如莱特币为每2.5分钟创建新块。
这一特性不仅保持了网络的安全性，还确保新的加密货币单位以固定的、预定的速度释放到流通中。
使用PoW系统的一个优点是安全性。对已建立的PoW区块链上的欺诈交易需要巨大的计算能力才能执行。
不诚实的行为者只有在控制网络计算能力的多数（超过50%）时才能实施欺诈。这种脆弱性被称为51%攻击。如果某人能够控制超过51%的网络，他们可以重新排序交易、双重支出余额，并阻止某些入站支付。
PoW系统难以攻击，因为它们需要专用设备和大量能源来利用网络。
然而，PoW区块链所带来的能源消耗是加密货币反对者对于比特币等PoW代币常见的批评。但需要注意的是，这种消耗是故意的，在大多数情况下，哈希能力越大，网络安全性越高。
最终，为了最大化利润，PoW矿工必须将运营费用保持在尽可能低的水平，并寻找便宜、可靠的能源。许多矿工使用可持续的电力组合来降低成本并减轻环境问题。
- 比特币（BTC）
- 莱特币（LTC）
- 比特币现金（BCH）
- 以太坊经典（ETC）
- 狗狗币（DOGE）
与工作量证明的直接竞争不同，权益证明（PoS）使用不同的激励机制，以确保网络参与者诚实行为。
在比特币推出三年后，两个开发者斯科特·纳达尔和桑尼·金创造了PoS共识机制。他们的主要目标是生产一种比工作量证明更节能的系统。
在权益证明（PoS）中，网络参与者购买并锁定协议的本地代币，以验证新的交易块。作为回报，他们可以获得质押奖励（通常以利息形式支付）。
许多领先的PoS区块链，如以太坊、Solana、卡尔达诺Cardano、Algorand和波卡，采用自己的选择算法来选择哪些质押者获得提议新块的权利。
质押更多代币的参与者通常更有可能验证新的块，但这些特定算法中编程有一定的随机性。
这种随机化旨在改善公平性，意味着所有质押参与者都有机会获得奖励。
Ignite（以前叫Tendermint）是另一种流行的PoS风格共识机制，验证者对新块加入区块链进行预投票、预提交和提交投票。获得⅔多数票的块被提交到区块链。
PoS通过要求验证者投资自己的资金，使用与PoW相似的方式激励诚实行为。同样，这种成本在不同协议之间差异很大，包括运行验证者节点的成本。
PoS验证者节点的设备通常比盈利挖掘流行PoW加密货币（如比特币）所需的设备便宜得多。
在大多数PoS区块链中，网络验证者被提名以验证交易块，而不是彼此竞争以提议新块。作为回报，验证者因帮助保护网络而获得奖励，有时以固定的年利息形式支付。
没有技术专长或不能满足最低资产要求的人可以联合其他投资者一起投入资金作为节点。
在这种情况下，多位小投资者可以将资金汇集在一起，形成一个单一的质押单位。被选中的个人或拥有专业知识的团体维护和运营这些质押池。投资者随后按比例在自己和质押池运营者之间分配奖励。
正如PoS共识机制激励验证者诚实行为一样，它们也可以惩罚违反协议规则的行为。如果验证者或委托的质押池运营者行为不当，一些协议可以部分或完全没收他们的质押资产。这一机制被称为“削减/罚没”，进一步激励网络的良好行为。
要参与质押过程，大多数PoS区块链协议要求用户首先锁定最低数量的代币以获得资格。
对于以太坊的新PoS区块链，成为验证者需要32个以太币ETH——该区块链的原生加密货币。然而，流动质押协议的出现大大降低了这一高门槛。
在波卡的PoS区块链上，最低质押要求可以低至10个DOT或高达350个DOT。DOT是波卡的原生加密货币。
与基于PoW的区块链一样，网络必须在PoS区块链上独立验证新提议的交易块，才能将其加入区块链。
PoS链还遵循透明的发行计划，允许整个网络查看新币如何进入流通。
权益证明区块链的主要好处是其显著比PoW协议更节能。由于PoS验证者被提名验证块，而不是通过昂贵的设备竞争，因此它们消耗的能源更少。
PoS共识机制的主要缺点是质押集中化问题。
在PoS区块链中，个人质押的代币数量主要决定他们被选中验证交易块和获得奖励的可能性。因此，PoS系统可能会偏向于拥有更多代币的人，而非那些质押资产较少的人——这被一些人认为导致了网络的集中化。
由于这一缺陷，许多人认为少数大型质押池和鲸鱼投资者可能会获得对块验证的集中控制。这一因素违背了加密货币的核心原则，降低了整体网络安全性。
某些PoS区块链的另一个问题是流动性不足。有时，用户在锁定期结束之前无法访问其质押资产。这个问题减少了基础加密货币的市场流动性，并阻止投资者在关键市场波动期间访问其质押资金。
这两种共识机制都解决了拜占庭将军问题，但方式截然不同。PoW共识机制是一种经过考验的系统，能够提供非常高的安全性。另一方面，PoS共识机制作为一种更节能、可扩展的替代方案，正在变得越来越受欢迎。
- 以太坊（ETH）
- 索拉纳（SOL）
- 波卡（DOT）
- Algorand（ALGO）
- 雪崩（AVAX）
- 卡尔达诺（ADA）
