与POW相比，POS的优势在哪里？
撰文：VitalikButerin
编译：Tyronepan-BifrostFinance
编者按：今天，也就是9月15日，以太坊将发生其历史上最大的协议升级——TheMerge，完成之后，共识机制将从POW转向POS。在这个特别的日子，小编带大家回味V神在2020年推特上发布的一篇名为《WhyProofofStake》的文章。V神认为，PoS共识机制下的区块链网络，比PoW更安全，面临攻击的防御措施比后者更完善，且参与验证的门槛更低。
为什么选择ProofofStake(PoS)?
相较于PoW共识机制，PoS是一种更优的区块链安全机制，主要有三个原因：
1.PoS在相同的成本下更安全
最简单的比较方法就是将两者并列，看看每天每$1的区块奖励下攻击一个网络的成本是多少。
V神：相对于Merkle树，Verkle树可将证明大小减少6-8倍:金色财经报道，V神今日发文解释了Verkle树。文章表示，Verkle树正在成为以太坊即将进行的扩容升级的重要组成部分，Verkle树提供的关键特性是，它们在证明大小方面效率更高。如果一棵树包含十亿条数据，那么在传统的二进制Merkle树中进行证明将需要大约1千字节，但在Verkle树中证明将需要少于150字节，这一减少足以使无状态客户端最终在实践中可行。V神总结称，与理想的Merkle树相比，这将允许证明大小减少6-8倍，与以太坊目前的十六进制Patricia树相比将减少20-30倍以上。此前消息，V神发布“Verkle树和状态到期”详细计划，状态到期用状态树列表替换单个状态树。[2021/6/19 23:49:14]
-基于GPU挖矿的PoW
租用GPU是很便宜的，所以攻击网络的成本只是租到足够的GPU超越现有矿工的成本。每$1的出块奖励，现有矿工应该花费$1左右的成本。因此，攻击网络只需要每天暂时花费超过$1，而且只需要几个小时。
V神：Eth2第一阶段仍是分片 没人说取消分片:V神刚刚发推文称，Eth2第一阶段仍是分片，没人说取消分片。[2020/10/4]
攻击总成本：约$0.26(假设攻击时间为6小时)，随着攻击者获得出块奖励，有可能降至零。
-基于ASIC芯片挖矿的PoW
ASIC芯片是一种资金成本，可以预期它在磨损、或被更好的硬件淘汰之前还能用2年左右。如果一条链遭到51%攻击，社区很可能会通过改变PoW的算法来应对，如此ASIC芯片将失去价值。平均来说，挖矿约1/3的持续成本和2/3的资金成本。因此，每天每$1的出块奖励，矿工将花费约$0.33的电费+维护费，还有约$0.67的ASIC成本。假设一个ASIC芯片的寿命约为2年，那么矿工需要在该数量的ASIC硬件上花费$486.67。
攻击总成本：$486.67+$0.08=$486.75
不仅使用ASIC芯片挖矿的PoW中攻击成本变高了，提供这种高成本攻击防范的同时使得整个网络趋于中心化，因为矿工加入的门槛也变高了。
V神：期待社区提案EIP 1559能减少巨额转账费用的出现:为了解决最近屡次出现的以太坊网络巨额转账手续费问题，V神提出EIP 1559这种能减少手动输入费用的提案可以减少此类情况发生。EIP 1559是一个社区提案，旨在通过网络需求调整基本网络费用从而改变当前收费模式。当前收费模式允许用户发起交易后自主选择费用，这会导致网络繁忙时转账费用提高。据悉，EIP 1559是旨在改变以太坊费用市场的提议，主要的变动涉及：1.目前1000万gas限额会被两个数值所取代，一个是“长期平均目标”（1000万），另一个是“每个区块的硬上限”（2000万）；2.交易需要支付一个基础费用（BASEFEE，它会被燃烧掉），该费用按区块进行调整，目标是确定一个value值，使得区块gas平均使用量保持在1000万左右。（ethereumworldnews）[2020/6/12]
-权益证明PoS
权益证明中几乎全部是资金成本，唯一的运营成本是运行节点的成本。现在，大家愿意锁定多少资本来获得每天$1的奖励呢？与使用ASIC不同的是，存入的币不会发生折旧，当质押完成后，经过短暂的等待期便可以取回质押的币。因此，参与者应该愿意为同样数量的奖励支付更高的资金成本。
V神：并没有说ETH 2.0将于7月推出:今日早间外媒报道称，V神表示借助多客户端测试网Schlesi，ETH 2.0正在步入正轨，将有望满足其“阶段0”的启动前要求。对此，有推特网友追问称，V神所言ETH 2.0或于7月推出与以太坊开发人员给出的时间不一致（该网友称开发人员给出时间为年底），V神发推回应称，并没有说ETH 2.0将于7月推出，或许提问的问题中包含7月这个词，但是提问时并没有听到。[2020/5/12]
我们假设，约15%的回报率足以激励人们去押注。那么，每天$1的奖励将吸引6.667年的存款回报，即$2433。一个节点的硬件和电费成本很少，而一台千元电脑的成本可支持质押几十万元美元的资金，每个月约$100的电费和网费足以满足这样的需求。但保守的说，这些持续成本占到了质押总成本的10%左右，所以每天只有约$0.9的奖励，最终对应的是资金成本，所以需要把上面的数据减少约10%。
攻击总成本：$0.9每天*6.667年=$2189
现场丨V神：对以太坊可以有的多个期待:金色财经现场报道，在9月18日的2019第五届区块链全球峰会上，以太坊创始人Vitalik Buterin介绍了未来对以太坊可以有的期待：更好、更可信的数据来源，让应用更好更便捷地与真实世界连接；以太坊上的PoS和分片扩容技术；更多智能钱包、智能融资合约等等；现有的交易所可用零知识证明提高自身的安全性；去中心化应用会比中心化的应用更友好。[2019/9/18]
从长远来看，随着质押率的提高，这一成本预计会更高。我个人预计这个数字最终会上升到$10000左右。
维持这种安全体系唯一的“成本”只是在于押注中的资产不具有流动性。甚至可能会出现这样的情况：公众知道这些资产都被锁起来会导致币价上升，所以在社区里漂浮着准备进行投资的资金总量保持不变!而在PoW中，维持共识的“成本”是消耗大量的电力。
-安全性更高还是成本更低？
有两种方式可以在低成本中实现5-20倍的安全增益。一种是保持出块奖励不变，从提高安全性中获益；另一种是大规模减少出块奖励，保持安全水平不变。
两种方式都可以。我个人更倾向于后者，因为我们在下面会看到，在权益证明中，即使是成功的攻击也比工作量证明的攻击危害要小得多，也容易恢复得多!
2.在PoS共识机制下，受到攻击更容易恢复。
在PoW网络中，如果你的链受到链51%攻击，你都能做什么？到目前为止，实践中唯一的应对措施就是“等到攻击者主动撤销攻击”。但这忽略了一种更危险的攻击可能性，这种攻击叫做产卵营攻击，攻击者一次又一次地进行攻击，目的很明确，就是为了使整条链瘫痪。
在一个基于GPU的系统里，没有任何防御措施，一个持久性的攻击者可以轻而易举地使整条链永久瘫痪。事实上，在进行攻击的几天后，攻击者的成本可能降至非常低，因为诚实的矿工无法在被攻击的链中得到出块奖励，从而退出。
在基于ASIC的系统中，社区可以应对第一次攻击，但随后又变得束手无策。首先社区会通过硬分叉改变PoW算法来应对第一次攻击，从而将所有ASIC“锁定”。但如果攻击者愿意承受这最初的费用，在这之后情况就会恢复到与GPU的情况一样，所以攻击者可以廉价地继续产卵营攻击，这是不可避免的。
当然在PoS的情况下会好很多。对于某些类型的51%攻击，在权益证明中有一个内置的“惩罚”机制，通过这个机制，攻击者的大部分股权将被自动销毁。对于其他更难发现的攻击，社区可以在少数用户激活的软分叉上进行协调，攻击者的资金再次被大部分销毁。不需要明确的“硬分叉货币消除”，除了要求在UASF上协调选择少数区块外，其它都是自动的，只需要按照协议规则执行即可。
因此，第一次攻击该链将使攻击者损失数百万美元，而社区将在几天内恢复正常。第二次攻击仍然会让攻击者损失数百万美元,因为他们需要购买新币来替换被销毁的旧币，而第三次则会花费更多的成本。这个游戏是不对称的，对攻击者非常不利。
3.相比ASIC，PoS更加去中心化。
基于GPU挖矿的PoW是合理去中心化的，得到一个GPU并不难。但基于GPU的挖矿在我们上面提到的“安全性“标准上基本不合格。而基于ASIC的挖矿，则需要几百万美元的资金才能进入。
这也是常见的“权益证明意味着富人更富“论点的正确答案。ASIC的挖矿也意味着富人更富，而且这个游戏只限于富人。至少在PoS中，质押所需的最低金额相当低，很多普通人都能承受。
另外，PoS更耐审查。GPU和ASIC挖矿都是非常容易被发现的：它们需要大量的电力消耗、昂贵的硬件采购和大型仓库。而PoS则可以在一台不起眼的笔记本电脑上完成，甚至可以通过VPN完成。
PoW的优势
我认为PoW有两个真正优势，尽管我认为这些优势很薄弱。
1.PoS更像是一个“封闭的系统”，财富集中需要很长时间。
在PoS中，如果你有一些币，你可以质押它们获得更多的奖励。在PoW中，你可以不停赚取更多奖励，但你需要更多外部资源。因此，我们可以说从长期来看，PoS中币的分配有可能变得越来越集中。
在PoS中普遍的奖励很低；在以太坊2.0中，我们预计每年的验证人奖励相当于ETH的总供应量约0.5-2%，而验证人越多，利息就越低。因此，集中化可能需要一个多世纪的时间才能翻倍，而在这样的时间尺度上，其它的压力很可能会占据主导地位。
2.PoS需要“弱主观性”，PoW则不需要
关于“弱主体性“的概念，。本质上，当一个节点第一次上线，或任何一个节点在离线很长一段时间后上线时，该节点必须找到一些第三方来源来确定正确的链头。这可能是他们的朋友、交易所、区块搜索网站、客户端开发者等等。但PoW没有这个要求。
可以说这个要求很容易实现，用户需要在某种程度上信任客户端开发者或社区所提供的内容。至少，用户需要相信有人来告诉他们协议是什么，以及协议的任何更新。这在任何软件应用中都是不可避免的。因此，PoS所带来的边际额外信任要求还是相当低的。
即便此间可能确实存在一定风险，但我还是相信PoS网络拥有远超于PoW网络的效率以及恢复能力。
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