编者按：本文来自Wetez，作者：卡咩，星球日报经授权发布。PoS及Staking都不是一个新的东西，早在2011年PoS的概念就被提出，中间经历了多个阶段逐渐演化到今天百花齐放的PoS公链，以及火热的StakingEconomy。过往的PoS项目有着对矿工激励性不够的问题，技术安全问题及中心化问题，后期的PoS项目不断地根据过往问题而演化，目前看到成熟的有两个方向，一个是DPoS,另一个是PoS+BFT，PoS带来了比PoW更好的效能，同时为了吸引早期参与者维护网路安全，现在的增发率普遍在5%-25%之间比过去的1%-2%高出许多，这可能也是一部人开始吹捧Staking经济的原因，回顾历史可以让我们看的更远，我们一起见证PoS的新时代。1.PoW+PoS
一个名为QuantumMechanic的人，2011年7月11日在Bitcointalk论坛首次提出的ProofofStake，当时还没有PoS的简称，是对ProofofWork提出来的。文章预见性的提出了很多现在仍在使用的方案，诸如由持币量代替算力权重，委托权益，奖励分配等等，还有一些词汇像Delegate、Vote、VotingPower等，在2018年的今天我们仍然能看得到。那时候，人们对于PoS的提出都感到非常的兴奋，这种兴奋一直持续到今天，很多后起的项目都开始研究PoS算法的区块链，甚至很多已有的项目都开始考虑转型PoS，以太坊就是最典型的例子。从提出到落地，大概经历了1年左右的发展，2012年8月19日，首个基于PoS共识的区块链项目点点币诞生，Token代号PPC。点点币的出现真正代表了PoS从纸面走向了工程实现的里程碑。点点币是一种类似BTC的电子货币，SunnyKing在最初设计的时候，可能因为时间过短，没有想清楚如何解决PoS机制下出现的问题，也可能是PoW共识在人们的思维方式里面占据着主要地位，点点币的共识实际上是基于PoW+PoS的混合共识，而不是纯PoS的共识，混合共识里面保留继承了大量PoW的设计，PoS算法在其中所起到的作用实际上并没有想象着那么大。但毕竟是第一个将PoS共识工程化到区块链中的项目，在点点币的白皮书里面，我们可以看到很多新的概念，币龄，随机数参数，PoS的checkpoint等等。混合PoW+PoS共识是PoW过渡到PoS的一种过渡阶段。在2009~2014年期间，比特币的PoW还是具有较高的权威性，大部分人对PoW的印象里面，除了浪费资源和效率稍低一点之外，并没有太大的致命性问题，而且很多基于比特币的二代PoW，像莱特币，仅仅因为缩小了区块时间而备受推崇。可以说点点币的设计还是站在了比特币PoW的肩膀上的，并继承了很多好的策略，像激励措施，分叉保护，共识实现，分发策略等等。但是由于PoS共识的实践过程过短，PoS在点点币的实现中以探索的成分居多，所以说这种混合共识其实算是一种过渡方式。2.纯PoS
PoS在不断发展，继点点币横空出世之后，纯PoS共识成为了人们重点的研究方向。在点点币发布后一年左右的时间，2013年9月28日，一个账号名为BCNext的人在Bitcointalk上宣布启动Nxt项目的众筹。Nxt是一个100%PoS的项目，没有PoW共识同时存在。Nxt的亮点在于没有和其他的山寨币一样，简单复制比特币代码，然后改变哈希机理，缩短区块之间的时间、或是改变启动难度，而是基于自己全新编写的算法的区块链。强调100%的PoS挖矿，没有预挖。PoS里面要求的股权也完全由捐赠来决定总量和分配，用捐赠的方式把PoW的分发直接分配了。众筹持续了21天，有73个用户参加，总共捐赠了21个BTC，一起瓜分10个亿Nxt，2013年11月24日，Nxt发布主网，预示着首个100%基于PoS共识的创世区块在Nxt上诞生。Nxt的发展并不顺利，论坛对Nxt记录历史停留在了2014年5月12。Nxt的没落归结于太过于中心化的开发，代码质量和速度一直跟不上，只有3个开发者并不能完成众多投资者的预期，虽然主网功能的开发顺序有社区投票，但是Nxt还是慢慢的走向了众多投资者的诟病，市值在2014年6月5日达到8千万美元市值的高峰后，留下一地鸡毛。但无论怎么说，和当初众筹的21个BTC比较起来，简直是一个天上一个地下，对比同时期起来项目，真可谓是老来迎新春。再看同时期的点点币和黑币，它们可就没有那么好过了。黑币，最早于2014年2月24号开始公布计划，宣称是基于纯PoS搭建，但实际也是PoW+PoS混合共识。那为什么在纯PoS这里说混合共识，是因为黑币上运行的PoW只持续到10000个区块高度，按照1分钟一个块，挖矿时间大概是一个星期左右，随后整个区块的验证将不再接受PoW的挖矿，转而形成PoS的挖矿，从这个角度，加上时间顺序，我把黑币也归结到了纯PoS的阵营中。PoW挖矿总量最大是10,000,000，进入PoS之后每年通胀1%。纯PoS有更短的区块间隔，更合理的铸币方式，从而吸引了很多早期的人进来挖矿，甚至有很多专门做矿池的开始在论坛收币做验证人。那时候，PoS这种新型共识的确吸引了很多人的眼球，不需要电脑，不需要GPU，只要持币就可以获得奖励。但黑币的好景也没有持续多长时间，在2014年4月14号，短短不到2个月时间，就将近2千万美元的市值，后一路下挫，几经周折，还是没能逃过摸底的厄运。而因为市值的下挫，1%的增发奖励对于PoSStaking的人来说，也显得杯水车薪了。虽然，2016年新的一批开发者又重启了对黑币的开发，并花了重金请来正规军，公司化，全面宣传，但是，黑币以及它的PoS也没再回到主流世界的视野中来。还记得黑币经典的宣传语，简直如教科书般的存在：第一个基于纯PoS币，公平启动，没有预挖，没有ICO，以社区为中心，重新回归，比以往更好，比以前更强。Thefirstfair-launchpureProofofStakecoin.Nopremine.NoICO.Communityfocused.Backagain,betterthanever,strongerthanbefore.2014年7月18日，一个和黑币共识类似的币，叫影子币，是一种基于聊天匿名的应用币，也基于PoW+PoS混合共识，PoW只挖31000个块，随后进入PoS，但是和黑币不一样的是，影子币看到了激励的不足，它提高了每年的通胀率，把黑币的每年1%提到了每年的2%。但进入2015年后，应用币的价值远远还看不到，加上熊市到来，影子币很快就消失在人们的视野中了。我总结了整个POS的历史，发现很多基于PoS的项目，基本都出现在2012~2014年，那时候加密货币市场处于上涨周期，带富了一批项目，一批人，很多人虽然都为项目的探索买了单，但是总体上来说在那段时间周期，大家在纸面上都是很好看的。到了2015年~2016年，币圈进入了大熊市，很多项目和开发者就进入了冬眠过冬阶段，也很少有项目再出现吆喝捐赠，IPO或者ICO了，PoS的研究也在市场上消失了一段时间。排除市场大周期的原因，我们归结那段时间PoS机制币种失败的原因，点点币，Nxt，黑币，影子币都是PoS很早期的探索项目，技术上并未完全考虑全面，另外，对于PoS中Staking的激励太小，无法支持验证人的成本，还有就是去中心化的运行模式在PoS上的应用并不想PoW上那么完善。年1%~2%的增发比例无法让矿工维持，特别特别是在熊市阶段。这种初创的PoS增发模式，在很多人开来还是足够新鲜的，在初始可能爆发的币价上来看，增发的初期利益只是一个非常重要的诱因罢了，但当投资者面对币价无法带来预期的收益之后，低激励变成了一种鸡肋。矿工看不到收益，自然无法参与网络验证，那么网络要不发生堵塞，要不就是慢性死亡，潜在的攻击成本越来越低。另外，多数项目的启动都是几个开发者甚至1个开发者发起的项目，Bitcointalk发起一个话题，大概描述要做什么，100%PoS，1%奖励......然后就没有然后了，初次上线后，开发者像中本聪一样隐匿，这样的结果，带来的不是像比特币一样的繁荣，而是死亡。至此，这是PoS的发展第二个阶段。3.委托PoS
委托PoS，也称作为DelegateProofofStake，DPoS，其雏形诞生在2013年12月8日，DanielLarimer在bitsharetalk首次谈及用投票选择出块人的方式，代替PoS中可能出现的选举随机数被操纵的问题，描述是这样的：我最近有一个可以用的点子，但是我还不能完全确定是否可行。为何不让持币人选出签名区块的验证人？持币人用币天投票给签名人，当签名人签名的时候会消耗投票人的币龄。没有人会被允许在100个区块里面签超过1个的区块数。这个点子可能会有潜在的问题，但是我会把它加入我的点子库。Irecentlycameupwithanothersystemthatcouldwork,thoughIamnotfullysoldonit.Whatiftheshareholderselectedpeoplewhowouldsignblocks?YouvoteforthesignerswithCDD.WhentheysigntheyspendtheCDDtheyaccumulatedfrompeoplevotingforthem.Noonewouldbeallowedtosignmorethan1in100blocks.Thisplanhasmanypotentialproblems,butIthoughtIwouldaddittotheideapool.这就是委托PoS的雏形，这个系统被成功的运用到了比特股上，比特股社区对DPoS的宣传语是：DPoS不仅解决了PoW的浪费资源问题，同时还解决了点点币和未来币的PoS问题。在当时看来，DPoS的确是一种解决方案。虽然比特股的发展也非一番风顺，Dan最终还被踢出比特股的社区，但不可否认的是，委托权益DPoS共识在未来一段时间里，为PoS的进一步发展起到了奠基作用。比特股的DPoS基于石墨烯平台搭建，这套石墨烯技术后来发展成了DPoS的专用底层，基于石墨烯开发的区块链项目可以直接使用DPoS的共识机制，免去了重复开发的苦恼，像Steemit，EOS，Lisk等都是基于石墨烯平台搭建的DPoS公链。直到现在的2018年，我们仍然可以看到在比特股交易所里面，很多网关资产都是基于石墨烯的DPoS，基于PoS共识的项目在数量上达到了一个数量级。的确，DPoS有比较多的优点。DPoS解决了权益使用不及时的问题，是一种让专业人做专业事情的基本原则，可以理解为是国家治理里面的代议制，或者说是人大代表制度，乡里乡镇的居民通过选举选出乡长，然后是镇长，县长，省长等等，这种制度最大的好处就是解决了验证人过多导致的效率低下问题，当然，这种制度也有很明显的缺点，就是中心化诟病。比特股的初始节点验证人大概人数在100人左右，后逐渐减少到30多，EOS的节点验证人固定在21个人。在去中心化思想被及其推崇的区块链世界里，倾向中心化的项目是容易为人诟病的，很多开发者并不会认同这种委托权益的做法。在2014年开始起源的另外一个项目——Tezos，把去中心化和委托权益更好的结合到了一起。Tezos的PoS，开发团队更喜欢称之为LPoS，但称之为DPoS也不为过，因为委托权益在Tezos的PoS里是极其重要的一环。为了保证系统安全，PoS希望提高系统代币的Staking量，这样攻击者发动51%攻击的代价就会变得很大。Tezos解决了初期激励不够大和用户Staking意愿比较低的问题，用年5.5%的增发来给Staking用户作为奖励，同时，用户可以将自己的权益委托给验证人，让验证人帮助委托人行使权益。验证人可以收取用户一点的手续费，作为服务费用，这样验证人节点除了自己Staking的奖励之后，还能得到接受委托的奖励，这种激励对于未来币，黑币的1%~2%的激励，高出了很多。另外，Tezos的委托和EOS的委托有很多方面不一样，原则上，每一位委托人都可以选择任意候选人进行投票，但由于Tezos和EOS的投票激励不同，导致了不同的结果。Tezos上，委托人可以选中任意一个验证人，投票并获得收益，而EOS的委托选中的验证人只有当选不当选的结果，并没有激励。EOS上的当选者有责任和义务代表投票人意志，在大部分节点候选人都诚实的情况下，委托人并不能很好的判断出来区别，所以投票动机也变得不一样了。总体上来说，两种DPoS都是根据持币的权重占比给与分配一定的权益，此权益是否委托在于持币人的初始动机，这就是DPoS的精髓了。Tezos于2018年6月30日上线了主网，目前主网节点数量400多个，验证人100多个。EOS于2018年6月15号启动了主网，主网主节点数量21个，备选节点100个。4.BFT+PoS
拜占庭容错和PoS结合最早是在2014年由Tendermint团队，JaeKwon提出的。而Tendermint前身，则是基于1988年在麻省理工学院开发的经过验证的BFT算法，Tendermint进行了优化和改良。但是Tendermint出来之后一直没有被运营到项目当中，JaeKwon后来创建了Cosmos项目，可以说是基于Tendermin的第一个项目。按照主网上线时间排序，BFT+PoS或者是类BFT+PoS的项目应用最早开始于2018年，先是EOS带着BFT+DPoS的上线，然后，Tezos的类BFT+PoS的算法在EOS后一个月也上线了。而基于Tendermint的第一个项目Cosmos，则会在2019年Q1上线主网，另外，我现在知道的还有Ethereum，Algorand都会采用了BFT+PoS的共识算法，具体的上线时间未知。虽然说Tendermint先出来，Cosmos却别别人占据了先机，但是不得不说的是后来者基本都参考了Tendermint的设计，所以Tendermint对BFT在项目中的应用还是起到了很好的带头作用的。2018年~2019年，会是BFT上线大量项目的共识，百花齐放。BFT容错能给分布式网络带来了可观的抗风险能力，还能带来了较快的区块确认速度，解决区块链分叉问题，并带来一定程度的交易的最终确定性，间接的提高了性能。如果说纯PoS比起纯PoW，仅仅是解决了能源消耗，那么BFT+PoS比起纯PoS，那就是除了解决能源消耗外，还解决了PoW的交易确认，交易分叉，性能较低等问题，带来的飞跃是不可忽视的，特别在安全这块，我们来看Tendermint：Tendermint中很重要的一部分就是它的共识引擎部分，该共识引擎将BFT和PoS共识结合到了一起，持币人通过stake获得验证区块机会，签名完成后，新区块的验证通过3轮提交，2轮2/3的投票过程，来达成最终共识。由于投票是在区块广播后就开始的，那么当它完成了验证之后，新区块即获得了及时确定性，这和比特币交易需要6个区块确认不一样，Tendermint大大缩短了验证时间，使得交易能及时生效，提前避免了交易被回滚，双花等问题的出现。除了交易确认这块，同时拜占庭容错最大能容忍系统中小于1/3的验证权重宕机，能很好的保证系统运行，可以简单理解为，只要系统中大部分人是诚实的，不管其他验证人怎么做，系统还能运行，不会出现停止，宕机的情况。基于TendermintCore引擎打造的第一个项目叫Cosmos，Cosmos是一个以提供跨链功能为目的的公有链项目。Cosmoshub是这个项目最重要的部分，也是作为跨链总协调方，如果跨链生态繁荣，多链接入到Cosmos中心，那么这个中心的安全性可见多么的重要。而提到Cosmos，就不得不提到另外一个跨链项目波卡，波卡同样是基于BFT的PoS项目，由以太坊黄皮书撰写人GavinWood带领，云集众多技术牛人，团队阵容可谓强大。只不过，在作者写系列文章时，波卡的GRANDPA共识还在不断改进当中，具体需要等到对于波卡临近上线的时候才能具体分析了。目前，已经在运行的Tezos，情况良好，只有一次因为Slash判断出现问题，导致整个网络暂停了出块，原因共识机制有部分关系，但是通过手动注入Nonce后解决了问题。除此之外，Tezos运行了小半年，除了受到了低手续费的垃圾交易攻击外，共识部分并没有出现过大的问题。2014年BFT开始引入到区块链分布式网络，后配合PoS开始开始流行起来，BFT+PoS的混合共识已经受到了很多项目的重视，不仅因为BFT这种算法的安全性已经研究了将近30年时间，而且因为这种算法提高系统的抗风险能力和性能，所以我预计未来一段时间内，这种共识会流行很长一段时间。5.PoS新时代
PoS的研究脚步还在不断前进，安全、性能和去中心化一直都是PoS所追求的方向。2018年后开始发起的一些新起的项目，我看到了它们身上或多或少都有前人的影子，基于此，要不优化了性能，要不优化了安全性，要不极致的优化不可能的铁三角。Algorand和Thunderalla是2018后开始走入我的视野的新项目，这两个项目我认为可以在一定程度上代表了新的PoS时代。如果把PoS的发展分成4年一个轮回的话，恰巧，这两个项目都会在2022左右开始成型。Algorand和Thunderalla都站在了巨人的肩膀上。由图灵奖得主、MIT教授SivioMicali带领研究的Algorand，专注于新的PoS+BFT共识算法，旨在让验证人的选举更加随机，不可预测，以更好的保证系统的安全为研究方向；Thunderella，由两位康奈尔大学计算机教授RafaelPass和ElaineShi发起，旨在解决PoS当中的性能扩展问题，目前理论性能最高可以达到1000~2000Tps。相信2019年会是PoS丰收的一年，众多2014年~2018年间做的研究将在2019年上线验证，预示PoS2.0时代的开启。我觉得我很幸运能经历PoS两个时代从PoW+PoW，到纯PoS，再到DPoS，最后来到BFT+PoS新的混合共识里面。我相信，这远远不是终点，而是新时代的起点。
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