PoW vs PoS – 工作量证明与权益证明的区别

什么是 PoW？

PoW 或工作量证明是一种旨在阻止 DDoS（分布式拒绝服务攻击）的网络攻击的特殊协议，这些攻击会消耗计算机资源，通过大量虚假请求使计算机瘫痪。它使用一种无需信任的分布式共识系统。

PoW 实现了去中心化系统，无需中央机构即可运行。PoW 共识机制无需第三方即可验证交易。PoW 通过证明每个用户都进行了大量的计算，从而使双重花费变得困难。许多其他复制了原始比特币代码的区块链项目也遵循工作量证明模型。

什么是 PoS？

权益证明 (PoS) 是一种用于在区块链上验证交易的共识机制。它通过允许加密货币持有者质押他们的币来工作。这使他们有权验证区块链上的新交易区块并将其添加到网络中。

权益证明模型作为一种替代共识机制而存在。少数加密货币遵循这种协议，它用质押取代了矿工。算法选择这些质押者中的任何一个来发布下一个区块。两位开发者 Scott Nadal 和 Sunny King 于 2012 年创建了 PoS，他们注意到了 PoW 的缺陷。PoS 模型不存在有限的可扩展性和需要大量电力的问题。

工作量证明 (PoW) vs 权益证明 (PoS)

工作量证明	权益证明
PoW 或工作量证明是一种旨在阻止 DDoS（分布式拒绝服务攻击）的网络攻击的特殊协议。	权益证明 (PoS) 是一种用于在区块链上验证交易的共识机制。
任何黑客都需要获得超过 50% 的总算力才能执行 51% 攻击。	黑客必须拥有同一网络上所有加密货币的 50% 以上，这是不可能的。
挖矿概率取决于所完成的计算工作量。	新区块的有效性取决于质押的大小。
矿工因解决复杂的加密问题而获得奖励。	验证者不会获得区块奖励。相反，他们只收取网络费用作为奖励。
需要强大且最新的挖掘硬件。	需要服务器级别的单元进行高效处理。
PoW 是比 PoS 早出现的原始加密共识机制。	PoS 是从 PoW 衍生而来，但它带来了许多改进。
为了实现更大的可扩展性，交易中的所有节点都参与其中。	整个网络不参与每个交易的验证。

什么是质押？

质押的资金被预留并由验证者安全地存储在智能合约中。这就是所谓的质押过程。质押数量较大的人可能会被选中验证交易并创建区块。这样锻造的区块将被添加到区块链中。所有 PoS 币并不遵循相同的规则集，尽管验证的概念是相同的。每个合格的验证者市场参与者都可以根据所有权获得奖励。

PoS 如何工作？

理论上，PoS 是解决 PoW 机制中可扩展性问题的“理想”解决方案。以太坊 2.0 将 100% 采用权益证明。因此，它将处理其交易、NFT 交易和执行智能合约交易。必须拥有强大的计算机系统和足够大的钱包。这会增加他们获得权益证明奖励的机会。

PoS 模型负责维护区块链内的完整性。它还保证加密用户不能在未获得的情况下铸造硬币。

PoS 共识机制概念基于以下步骤

步骤 1) 拥有区块链原生代币的用户将全部或部分代币安全地存入质押池。

步骤 2) 算法会伪随机地选择下一个验证者。

步骤 3) 选定的验证者必须提议一个区块以及其中的交易数量。

步骤 4) 其他参与者批准并验证提议的交易。

步骤 5) 新区块被添加到区块链中。

步骤 6) 选定的验证者赚取交易费。

PoW 如何工作？

工作量证明需要昂贵的计算机计算，或者换句话说，就是挖矿过程。为了在区块链上进行无需信任的交易，必须进行挖矿。

步骤 1) 交易被编译并打包成区块的形式。

步骤 2) 矿工然后验证每个区块内的交易，检查它们是否合法。

步骤 3) 矿工然后解决一个称为工作量证明问题的数学难题才能继续。所有矿工都必须竞争。

步骤 4) 第一个解决每个区块问题的矿工将获得奖励。

步骤 5) 经验证的交易然后存储在区块链上。

PoW 的优点

工作量证明的一些重要优势/优点如下

• 工作量证明的出现是为了阻止双重花费的尝试。
• 它是最安全的共识机制之一。
• 基于 PoW 的加密货币拥有更强的挖矿能力，并且更安全。
• 在典型的 PoW 模型中，挖矿会获得奖励。
• 工作量证明是随机而公平的。

PoS 的优点

权益证明的一些重要优势/优点如下

• PoS 机制可以防范 51% 的攻击。
• 权益证明不需要昂贵的硬件进行处理。
• 交易更快且相对便宜。
• PoS 的处理不消耗大量能源。
• 质押作为 PoS 模型中的经济激励。

PoW 的缺点

工作量证明的一些重要风险/缺点如下

• 挖矿需要极其强大的硬件。
• 并非所有市场参与者都能负担。
• 由于极高的挖矿参与度，能源消耗超乎想象。
• 大多数矿池由单一实体控制。
• PoW 模型容易受到 51% 攻击

PoS 的缺点

权益证明的一些重要风险/缺点如下

• PoS 模型尚未在复杂的区块链上实现。
• 由于依赖于资本，控制网络的捕获变得容易。
• PoS 错失了许多 PoW 的优势，例如挖矿奖励。
• 中心化威胁，如双重花费，是可执行的。
• PoS 存在治理问题，这意味着拥有更多代币的用户可以更改网络规则。

工作量证明示例

工作量证明模型已经存在很长时间了，所以让我们看一些 PoW 的例子。

电子邮件

我们要探索的第一个例子是附加了长文本的电子邮件。普通计算机每天可以发送数百万封电子邮件，但执行其他任务和接收大量垃圾邮件会影响其效率并降低处理成本。PoW 通过提供复杂的计算问题来增强安全性，从而降低处理周期。

加密货币

PoW 最著名的例子之一是加密货币挖矿。PoW 模型确保矿工在网络中拥有直接的权力。它还防止双重花费攻击的发生。矿工有固定的收入，因为 PoW 在新区块中包含足够的头部信息。

DDoS

PoW 的另一个例子是迁移 DDoS 攻击，这些攻击会造成不便和中断。PoW 算法通过获得集体解决方案来解决复杂的数学问题。PoW 以分布式的方式帮助解决问题。这样，即使少数参与者也可以解决复杂的问题。

权益证明示例

权益证明是解决加密问题的所谓更好的方法。以下是使用比 PoW 更快、更安全的 PoS 模型的一些加密货币。

Tezos

Tezos 的去中心化网络包含一个激励机制，该机制奖励验证者。为了维护和保护网络，验证者会获得新创建的代币。随着新参与者进入网络并活跃起来，质押会增加。Tezos 中的 PoS 系统还可以保护奖励和区块链数据免受篡改。

以太坊 2.0

以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 于 2016 年提出了以太坊改进提案。它使用一种称为分片的 PoW 算法的修改版本。分片的概念可以通过持有更多的哈希能力来提高网络性能。分片还将增加区块中的交易数量。

Cosmos

Cosmos 因部署 PoS 网络以广泛使用（超过比特币）而闻名。通过保护数百万用户，该项目有望成为最大的 PoS 币。其目标受众包括无法获得银行系统的人。

交易如何验证：PoW

没有示例，理解 PoW 中交易验证如何工作可能会很困难。让我们看看比特币的模型。

步骤 1) 大约每 10 分钟创建一个新区块。确认比特币交易有效大约需要相同的时间。

步骤 2) 每个区块都包含需要验证的交易。在去中心化系统中，验证每笔交易变得困难且耗费能源。

步骤 3) 工作量证明提供大量的计算能力来解决加密算法。这使得资源较少的网络参与者几乎不可能获得更好的奖励。

步骤 4) 一旦区块中的所有交易都得到验证，它们就会被添加到公共区块链上，供其他用户查看。

假设使用工作量证明来计算 4+8 的数学和。现在我们知道答案是 12。但在这种模式下，谁先得到答案谁就赢得挖矿奖励。想象矿工 1 和矿工 2 竞争解决这个问题。结果如下；

矿工 1

尝试 1：4+8 = 11 *错误*

尝试 2：4+8 = 9 *错误*

尝试 3：4+8 = 10 *错误*

矿工 2

尝试 1：4+8 = 13 *错误*

尝试 2：4+8 = 12 *正确*

尝试 3：4+8 = 14 *错误*

所以你可以看到矿工 2 在第二次尝试中猜对了答案，因此它将获得矿工奖励。但实际上，计算机每秒可以执行数百万种组合。

在任何特定时刻，许多硬件设备都在尝试解决加密方程。这几乎就像一场比赛，看谁能第一个到达终点并获得挖矿奖励。

正如预期，对于修复了比特币存在问题的第二代甚至第三代加密货币项目而言，比特币以外的任何 PoW 币的处理过程略有不同。

交易如何验证：PoS

与工作量证明模型相比，权益证明模型使用不同的流程来确认交易和达成共识。虽然它也使用加密算法，但目标却大不相同。

在权益证明的情况下，下一个区块的创建取决于个人质押的多少。质押量取决于用户拥有的特定区块链的币的数量，该区块链是他们试图挖矿的。

从技术上讲，参与者在这里不是在“挖矿”，而是在“锻造”，因为没有区块奖励可以获得。与比特币不同，使用 PoS 的加密货币通过奖励交易费来奖励参与者。

要开始质押过程，用户首先必须将币存入一个特定的钱包，该钱包会冻结币，使其可用于质押网络。大多数 PoS 区块链都有最低币要求才能开始质押过程，这涉及大量的初始投资。

PoS 验证示例

为了更好地解释 PoS 过程，让我们以 Dash(DASH) 为例。最低要求是 1000 DASH，这在某一时刻（2017 年 12 月）相当于 150 万美元。

步骤 1) 首先，您必须决定要质押多少币才能从 PoS 中获得一些奖励。

步骤 2) 找出区块链中流通的总币数量。在我们的例子中，它有 1000 个流通的币。

步骤 3) 然后您必须购买并质押 100 个币，这是流通中币的 10%。

步骤 4) 您现在可以获得质押奖励了。根据此示例，您有百分之十的机会赢得区块链上的每一次奖励。

权益证明比工作量证明更好吗？原因

工作量证明模型已成为一个不公平的系统，普通参与者没有任何机会获得挖矿奖励。但权益证明并非如此，每个人都有平等的机会成为锻造者并获得奖励。

由于上述优势，以太坊正准备在其 2.0 版本中转换为 PoS。ETH 2.0 的发布将在明年。

以太坊的开发人员和社区一直支持去中心化和透明的生态系统。看到潜在的黑客如何利用工作量证明模型，很明显为什么以太坊和其他加密项目都偏爱权益证明机制。