pos能否替代pow仍然是個迷？_比特幣

密碼學貨幣圈子內外，越來越多人寄希望于權益證明（Proof-of-stake，PoS）既能為我們貢獻密碼學貨幣的優點、又能避免工作量證明（Proof-ofwork，PoW）的耗能屬性。這種愿望終將落空，因為 Paul Sztorc 在 2015 年就在 “nothing is cheaper than proof of work” 一文中討論過這個問題了（中文譯本）。PoS 只是混淆了成本，但不可能消除它們。在此，我想講講為什么 PoW 就像民主制：它是最壞的一種辦法，但卻是唯一能用的。

本文不討論密碼學貨幣的安全性是否 “值得” 付出那么大的代價，僅關注 PoS 是不是一個有效率的方法。

最好的密碼學貨幣會用最便宜的辦法獲得安全性

要想合理地比較 PoW 和 PoS 我們需要把成本（碳足跡）和好處（區塊鏈安全性）都考慮進去。所以，我們的問題既可以是 “要想獲得給定的安全性，權益證明的環境成本是否更低”，也可以是 “給定成本，權益證明能獲得更高的安全性嗎”？這兩個問題在邏輯上是等價的。在本文中，我們會采取第二種問法：

貨幣不是魔法。貨幣要流通就必須有一定的安全性，而獲得安全性的辦法有效率之別；而效率最高的技術，也會有最小的環境碳足跡。這是一個非常有用的思考角度，因為它讓我們聯想到一條深刻的經濟規律：邊際收益等于邊際成本。一條區塊鏈，花費了 X 元在安全上，那就意味著礦工會花費總計 X 元來競爭這個獎勵。

這是一條牢不可破的關于競爭的經濟規律。任何花費少于其所得的礦工，都會被那些愿意花費更多的礦工擊敗；而任何花費多于其所得的礦工，最終都會破產。一條區塊鏈花費 X 元在安全上，最終總會導致礦工花費 X 元來保衛這條區塊鏈。不同類型的開支的比重可能會變化，但所有開支加起來就會是 X 元。這差別就跟一斤棉花和一斤鐵一樣。

Gnosis激活The Merge版本并過渡到PoS 共識機制:金色財經報道，以太坊側鏈Gnosis已經激活了The Merge 版本，并成為繼以太坊之后第二個從不同的共識架構過渡到 PoS 共識機制。Gnosis 鏈將其之前的執行層與去年推出的Gnosis信標鏈合并。這個過程發生在12月8號美國東部標準時間周四下午 1 點 47 分 Gnosis 遺留鏈上商定的TTD，Gnosis 通過將以太坊的 TTD 包含在它自己的 Merge TTD 中來向以太坊致敬。[2022/12/9 21:32:37]

電力只是一部分，不是全部

人們說 “比特幣浪費能源” 的時候，他們的意思是需要用電來驅動生產比特幣區塊的挖礦設備；諷刺的是，一方面，這部分能源顯然不是比特幣網絡運行所用能源的全部，而只是一部分；另一方面，這部分又是最直接用來保護區塊鏈的部分，因此是 最少 浪費的。要全面計量比特幣的碳足跡，我們也要考慮硬件成本（制造和報廢的成本）以及正常的商業運營的成本（要裝修一個體面的辦公室，還要飛來飛去參加比特幣大會）。后面這兩類成本更模糊，更難以估計。但要理解整個系統會造成什么影響，它們也是同樣重要的。

這三類活動，每一種都會有浪費。比特幣網絡無可避免會出現孤塊，那挖出這個孤塊的能量就浪費掉了。有些硬件造是造出來了，但運行效率沒有做到盡善盡美。有些運營開銷是必要的，有些則只是換個地方喝喝茶。一種開支越是與驗證區塊鏈的實際工作緊密關聯，它換得區塊鏈安全性的效率越高。類似于機器在自由度更少的時候效率會更高：多一個部件就會多一些無用功。經濟系統也是同樣的道理 —— 結構越多，效率越低。

數據：Purpose旗下比特幣ETF上周增持670枚BTC:加密研究和分析公司Bloqport指出，Purpose旗下ETF在上周增持了670個BTC。這家投資管理公司目前共有17,493比特幣，價值超過10億美元。（FinanceMagnates）[2021/4/19 20:35:29]

舉個例子：為了與某個大客戶打好關系而出差，可以抽象成提高整個業務的效率，因此也對購買安全性有幫助 —— 但它的作用非常間接，而且其購買安全性的效果可能不如在電力上的同等支出。一種密碼學貨幣越是把安全預算直接花在電力上，其安全性就越高；越是把錢花在商業運營商，其安全性就越低。挖礦企業的 CEO 可能對于這家企業自身來說是必要的，但他們對網絡的安全性貢獻不大。

所以，有時候你看到人們討論 ASIC 1 ，認為它們敗壞了一種密碼學貨幣對環境的影響，但實際上剛好相反。挖礦設備的專業化，使得單位硬件能產生更大的算力，也就意味著區塊鏈的安全預算更少花在硬件上，更多花在電力上。這對效率來說是好事 —— ASIC 挖礦在根本上比傳統的 CPU 挖礦要更清潔，因為 ASIC 在把能量轉化為安全性的時候效率更高（也就是更便宜）。

這也是為什么人們誤解了 “空間證明（Proof-of-space）” 類的密碼學貨幣（比如 Chia）（它們使用內存而非計算力來驗證區塊鏈）對環境的影響。使用硬盤作為產生安全性的稀缺資源并不能降低成本，而只是讓區塊鏈的安全預算從電力中撥出、花到了硬件上。如果你僅看電力消耗來衡量密碼學貨幣的碳排放，你會覺得好像我們有了巨大的進步 —— 但如果你把硬件的支出也考慮進去，你會發現這是效率的大損失。

Gate.io第六期ALGO PoS挖礦活期理財今日開售:據官方公告，Gate.io “理財寶”PoS理財服務將于1月20日（今日）中午12:00上線《ALGO PoS挖礦活期理財第六期》認購，幣年化收益率根據網絡產出情況調整。[2021/1/20 16:35:36]

當前世界上有許多閑置的硬盤，因此 Chia 等于是得到了一些補貼。但別指望這會永遠持續下去。等到某種密碼學貨幣成功把計算機內存貨幣化，GPU 上已經發生的事情就會在相關硬件領域重演一遍。更重要的是，最終這個系統會比同等規模但基于 PoW 的系統要差，因為安全預算花在了開發硬件上，而這比直接花在電力上的安全預算的效率低。

“ Tom's Hardware 已經報道了 Chia 價格暴漲和大容量機械硬盤的短缺。但更嚴峻的可能是固態硬盤（的短缺），因為你也需要固態硬盤來制作能夠塞滿大硬盤的 Bram Cohen BinggoTM 卡” 

鎖定資本也是有真實開銷的真實支出

Chia 和其它使用空間證明的區塊鏈，還是比較容易能跟 PoW 相比較的，因為你很容易想象舊硬盤塞滿垃圾填埋場的情景，所以你很容易確信，它們 “真的” 對環境有影響。但是，損失資本也對環境有著真實的影響。因為這些錢可以花在碳捕捉技術和碳效率研究，以及等等事項上。人們 “感覺” 它們是免費的（沒有消耗的），只是因為人類不擅長思考時間價值（time-value）。如果資本真是免費的，那礦工不用付出任何代價就能獲得了。

有時候你還會看到人們主張權益證明從個體角度看也會有浪費，但從社會角度看則是一種節約，就像 Dan Robinson 說的：

聲音 | ADA首席執行官：ADA不受POS v3數字貨幣漏洞影響:據bitcoinexchangeguide報道，技術研究人員Andrew Mille最近發表的一篇文章概述了許多不同的漏洞會影響目前基于PoS（股權證明）協議的約30種加密貨幣。對此，Cardano（ADA）首席執行官Charles Hoskinson今天早些時候發布消息稱，ADA完全不受“POS v3 數字貨幣上發現的漏洞”的影響。他還發布了Godel團隊總監Philipp Kant的文章。Kant表示，對于ADA，IOHK采取了不同的方法，依靠世界領先的學者和研究人員從頭開始創建一個新的協議和代碼庫，而不是通過找到比特幣的微小變化。[2019/2/2]

“假設你的宗教要求你用自己的犧牲來證明你的誠意。你可以把一頭牛丟進火山口，也可以把它贈給陌生人。兩件事情對你來說開銷都是一樣大的（因此都能滿足戒律要求），但第一種的社會成本更高。” 

事實正好相反。鎖定資本對你個人來說不是浪費，因為 PoS 的質押算法會給你補償 —— 這些資本沒有被丟進火山，它為你賺取收益，以其他 ETH 持有者的利益為代價。鎖定資本跟把它送給陌生人完全不同，因為根本就沒有陌生人接手這些資金。驗證者并沒有 “把他們的資本平均分發給所有人”，實際上，是每個人都平等地為驗證者的工作付了錢（形式是新挖出的 ETH）。而且，感謝公理 #2，我們知道驗證者所得的支付 恰好等于 這些資金的成本。

另一方面，鎖定資本從社會角度看 就是 一種浪費，因為這些資本不再能用來建造工廠、資助研究和做一切對社會有利的事。想想 2008 年的金融危機 —— 沒有工廠被毀，也沒有哪棟房子塌了，沒有任何物質資產的損失。后果僅僅是資本損失 ——但這仍然是非常非常沉重的社會代價。資本是信息累積的特殊形式，凝聚的是關于資源最優配置的信息。損失信息與損失可觸可見的東西并不相同，但同樣是一種損失，甚至還要更糟。

動態 | Fantom與POS銀行達成合作:韓國知名DAG公鏈Fantom與韓國線下支付網關POS銀行、韓國在線支付網關KG Inicis達成戰略合作，推出Fantom Payment。FANTOM項目于2018年1月正式啟動，旨在解決現存區塊鏈技術的可拓展性和時間處理的問題，是一家基于DAG技術并支持智能合約的公鏈。[2018/10/18]

所以，謹記公理 #1 和公理 #2，PoS 和 PoW 的公平比較應該是這樣的：

權益證明沒有（也不可能）消除礦工的開支，只是把 PoW 系統支出在電力上的部分轉成了資本開支。鎖定資本的外部性，相比電力消耗的外部性如何，是復雜而微妙的問題 —— 但糟糕的是，PoS 系統的支持者往往假裝電力是（系統運行）唯一需要付出的代價：

該有意誤導的比較，摘自以太坊基金會博客。

令人失望。以太坊基金會很清楚，“平均單筆交易所耗能源” 是一個完全沒有意義的指標，這樣使用這個數據是有意欺瞞。關鍵根本不在于 PoS 系統是否使用了更少的能量 —— 確實更少，但這不是全部。有意義的討論是：消耗資本更好，還是消耗電力更好？任何支持 PoS 而不討論資本成本的理論，都在根本上就錯了。

效率對比：質押 vs. 挖礦

在 PoW/PoS 的辯論中，PoS 支持者常常能占一種便宜：還從未有過完全去中心化的權益證明系統。這也意味著，PoS 支持者們可以任意幻想最終的解決方案可以多么有效率、多么優雅。已知的挖礦算法都不是完美高效的（例如存在 “自私挖礦” 問題），而且，同樣沒有理由相信 PoS 系統就能做到無懈可擊 —— 但是，在解決方案最終完整成型之前，PoS 支持者都不用考慮驗證者可能用來欺騙這個系統的 具體 策略。

耍弄系統的機會越多，安全預算與實際驗證的關系就越松散。因為 “從未有人嘗試過真正的權益證明”，我們首先不知道安全預算能多大程度被轉化為鎖定的資本，更不知道鎖倉資本在生成安全性的時候有多高效。根據定義，PoW 是跟驗證緊密耦合的，但 PoS，截至撰文直至，還沒有得到完整的定義。

外部性：質押 vs. 挖礦

假設我們都同意，從安全性效率的角度看，鎖定資本和挖礦的效率是一樣的，那就只剩下一個問題了，就是 “外部性”。這也是我認為理性討論的人仍能對其中的權衡關系有所分歧的地方。

短期來看，PoW 系統要跟其它項目競爭使用能源，但從長期來看，它會激勵便宜能源的開發和生產，而這會逐漸降低電力的成本，給所有人帶來好處（無論是金融用途還是環境保護）。便宜的電力也會催生新技術和更多的生產。

權益證明在短期內要跟其它項目競爭使用資本，但它沒法激勵創造更多資本，所以它會逐漸提高資本的成本。資本成本更高，意味著項目會更少 —— 更少工廠，也更少研究。

你更喜歡 PoW 的外部性還是 PoS 的外部性，可能取決于你認為是通過投資技術發展來解決環境危機、還是靠節約當前的消費來解決更好 2。要拯救地球，我們是該制造更便宜的可再生能源呢，還是應該讓所有東西都變得更貴？

PoS 甚至沒法工作

如我們前面所說，我們還不知道一個充分去中心化的權益證明系統能不能實現。現有的標榜自己為 PoS 系統的密碼學貨幣，基本都依賴于某些中心化的協調者或 “檢查點（checkpoint）”。自以太坊從 2015 年啟動以來，他們就一直在努力轉換成一個完全去中心化的 PoS 系統，而到現在，他們只推出了 Phase 0，只是支持驗證者質押而已 …… 你一旦把錢鎖進去，就去不出來，也花不了。

關于 PoS 系統能不能做到足夠安全，有很多爭論（見 “長程攻擊”、“nothing-at-stake”、“工作量跨越時間/權益則相反”）。這些都是研究上的開放問題，而不是實現過程中的待辦清單。我們不知道還要多長時間才能找出一個好的方案，甚至有沒有好的方案都存疑。看看這個 2017 年的帖子：

PoS 也許 “能運行”，只不過運行方式是病態的。PoW 會偏愛那些能獲得便宜電力的人，并以資本來獎勵他們。雖然并不完全平等，但不會陷入正反饋循環。PoS 則偏愛那些能以便宜的代價獲得資本的人，并且獎勵資本給他們，這就產生了一個循環。有錢的人會變得更有錢，而且越是有錢，想變得更有錢就越簡單。

如果權益證明 “可以啟動”，但最終結果是所有權力都集中到一小部分超級富有的機構手上，而且他們可以永久控制這個系統，那它就不能解決密碼學貨幣想要解決的問題。那我們還不如繼續使用現在這個中央銀行和那些 “從坎蒂隆效應中受益的內部人”組成的系統。我們希望密碼學貨幣能打破這個系統，而不是新瓶裝舊酒。

結論

公理 #1：對環境最友好的密碼學貨幣，應該是購買安全性時效率最高的那個。

公理 #2：如果一種密碼學貨幣購買了價值 X 元的安全性，其驗證者（為獲得獎勵）將總計有價值 X 元的花銷。

公理 #3：要考慮一個系統的碳足跡，你必須考慮驗證者開支的所有方面。

公理 #4：一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關，其購買安全性的效率越高。

結論 #1：對環境最友好的密碼學貨幣，就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。

觀察 #1：PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚 PoS 能做到什么程度。

觀察 #2：工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。

觀察 #3：工作量證明已經存在，而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。

遺憾的是，經過詳細考察之后，我們知道了 PoS 的大部分 “優點” 都只是看起來光鮮亮麗，而且還有許多重大的公開挑戰。至少到目前，它還是一個烏托邦式的幻想，而不是一種現實的選擇。而 PoW 雖然有缺點，要想組建一個無需信任中心化權威的網絡，卻仍然是已知最好的方案（實際上，也是唯一的方案）。 腳注

專用型集成電路：定制化的計算機，但只能做有限類型的計算而不能做別的（專為特定算法的挖礦而研發的 ASIC 因此挖礦效率非常高）。

如果我們現實地看待人性，在全球范圍內減少消費的唯一辦法就是提高技術或者降低人口。任何主張直接 “減少消費” 的哲學都要么非常幼稚，要么非常可怕。

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