pos機制極速進化史

1、什么是pos算法和pos機制

pos是公鏈中的共識算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當(dāng)前以太坊和許多區(qū)塊鏈安全的一種機制，但是pow算法在挖礦過程中，因為破壞環(huán)境和浪費電而受到指責(zé)，pos試圖通過一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

ps機制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴于計算硬件的稀缺性，來防止女巫攻擊。在pow中，一個用戶有可能用一千美元來買計算機，加入網(wǎng)絡(luò)來挖礦，產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎勵。在pos中，用戶可以拿到一千美元，買到等值的代幣，把這些代幣當(dāng)做押金放在pos機制之中，只要用戶就有機會產(chǎn)生，這樣用戶可以得到獎勵。

pos算法如下，存在一個持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機制中，這樣他們就變成驗證者。

2、以太坊轉(zhuǎn)pos后速度多快

以太坊轉(zhuǎn)pos后速度12秒一個區(qū)塊。以太坊出塊的速度是13-14秒一個區(qū)塊，采用POS機制之后，可以達到12秒一個區(qū)塊。以太坊合并就是從POW機制轉(zhuǎn)為POS機制，自此之后以太坊的能耗降低99%以上，運行速率和轉(zhuǎn)賬費率也會得到優(yōu)化，使用體驗也會提升，為以太坊2.0這一終極目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

3、pos機制解決了pow的問題

基于權(quán)益證明（PoS），通常將金錢作為股權(quán)使用。POA指的是身份的使用。這背后的想法是，人們會注意自己的名聲，因此會被勸阻不要惡意行事。POW 工作量證明支持不可信的分布式共識，這對于加密貨幣等行業(yè)非常重要。它涉及挖掘過程，最好描述為執(zhí)行計算以驗證交易的合法性和創(chuàng)建新貨幣。第一個完成計算的礦工將獲得一枚新代幣，并將區(qū)塊添加到鏈中。POS 權(quán)益證明的定義是在決定誰將創(chuàng)建新塊時使用權(quán)益關(guān)系。這個權(quán)益的取決于每個人持有的代幣數(shù)量。持有更多代幣的人更有可能被選為下一個塊的驗證器。獎勵來自交易費用，因為在這個過程中不會產(chǎn)生新的代幣。
POW（Proof of Work，工作量證明），簡單粗暴，就是組織龐大的算力，來解一個難度非常高的數(shù)學(xué)題，你擁有的算力越多，解題越簡單，獲得的比特幣也就越多，可謂是“多勞多得”的典型代表。隨著時間推移，POW共識機制的問題也越來越明顯，它不僅效率低下，同時也浪費了太多能源。
為了解決POW的問題，有人發(fā)明了POS機制。POS（Proof of Stake，權(quán)益證明）是根據(jù)你持有貨幣的量和時間進行利息分配的制度。POS機制最核心的邏輯就是——誰持有幣，誰就有網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。在POS機制中，仍然存在算力挖礦，需要算力解決一個數(shù)學(xué)難題。但數(shù)學(xué)難題的難度和持幣者的“幣齡”相關(guān)。簡單來說，持幣者持有幣的時間越長，難題越簡單，挖到幣的概率越大。但POS的問題是，大多數(shù)的持幣人沒有足夠的專業(yè)知識或足夠的預(yù)算，無法達到高性能節(jié)點所需的計算機硬件和軟件要求，這時候就有了DPOS機制 基于權(quán)益證明（PoS），通常將金錢作為股權(quán)使用。POA指的是身份的使用。這背后的想法是，人們會注意自己的名聲，因此會被勸阻不要惡意行事。POW 工作量證明支持不可信的分布式共識，這對于加密貨幣等行業(yè)非常重要。它涉及挖掘過程，最好描述為執(zhí)行計算以驗證交易的合法性和創(chuàng)建新貨幣。第一個完成計算的礦工將獲得一枚新代幣，并將區(qū)塊添加到鏈中。POS 權(quán)益證明的定義是在決定誰將創(chuàng)建新塊時使用權(quán)益關(guān)系。這個權(quán)益的取決于每個人持有的代幣數(shù)量。持有更多代幣的人更有可能被選為下一個塊的驗證器。獎勵來自交易費用，因為在這個過程中不會產(chǎn)生新的代幣。

4、pos機制的起源與設(shè)計理念

POS起源

2012年，背景是POW進淪為資本玩家的玩具，算力過于中心化，隨時都有被“51%攻擊”。

開放者Sunny Kind第一次提出了POS（股權(quán)證明）的概念，與POW是完全不一樣的。

POS不用大量的算力來維持網(wǎng)絡(luò)安全，只要參與者打開自已的錢包在線增加權(quán)重，獲得相應(yīng)的獎勵也就是利息。

POS的設(shè)計理念

我們應(yīng)該都知道，比特幣的區(qū)塊產(chǎn)量每四年就會減半，這樣區(qū)塊的產(chǎn)量將會越來越少，礦工就會“曠工”，因為賺到的越來越少。

那么，人數(shù)少了，比特幣就可能被一些高算力的人所掌握，數(shù)字貨幣網(wǎng)絡(luò)將會癱瘓。

POS解決方法:并非所有的區(qū)塊都是靠挖礦得來的，只要打開錢包客戶端程序，就能發(fā)現(xiàn)區(qū)塊，也可以得到利息，這樣就會有一個引流的效果。

POS機制可以描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計算機硬件的稀缺性來防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。

女巫攻擊

這個名字是基于1973年的小說《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因為節(jié)點隨時加入和退出等原因，為了維護網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，同一份數(shù)據(jù)可能備份在很多節(jié)點上，這就是數(shù)據(jù)冗余機制。

若是在網(wǎng)絡(luò)上存在惡意節(jié)點，那這一個節(jié)點就具有多重身份。那這個惡意節(jié)點就可能騙到其他節(jié)點備份到他這里。

POW就是根據(jù)計算能力隨機，而POS則根據(jù)擁有財產(chǎn)隨機。POW是保證比特幣、當(dāng)前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機制。

但是POW算法在挖礦過程中因破壞環(huán)境和浪費電力而受到指責(zé)。POS試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

PoS的優(yōu)點

不再需要為了安全產(chǎn)生區(qū)塊而大量消耗電能。由于不再需要大量能耗，通過發(fā)行新幣以激勵參與者繼續(xù)參與網(wǎng)絡(luò)的壓力會下降。PoS機制下，全網(wǎng)每秒可以處理的交易數(shù)增加，可以提供比PoW機制更好的性能。

POS算法是個資本主義

你擁有的錢越多，得到的權(quán)利也就越大。為什么？

因為你在里面的錢越多你想要維護系統(tǒng)的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢也就只能是竹籃打水一場空。

POS算法

如果我手上有500個代幣，把它放進POS機制，這樣里面的500個代幣就變成了驗證者.假設(shè)它在區(qū)塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗證者里面抽取一個隨機的，給他們權(quán)利產(chǎn)生下一個區(qū)塊。

PoS 機制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個模式下，不持有 PoS 的人無法對 PoS 構(gòu)成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素?zé)o關(guān)。

PoS機制源于人們對PoW機制的不滿以及改進。早期的PoS機制有各種缺陷，隨著各種項目對PoS機制的不斷改進，PoS正逐漸成為主流的共識機制。

5、區(qū)塊鏈共識機制之POS和DPOS

工作量證明算法作為區(qū)塊鏈第一個也是目前經(jīng)受住足夠?qū)嵺`檢驗的一個共識機制，解決的是分布式系統(tǒng)交易信息一致性的問題，在一個去中心化的網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建了彼此不信任節(jié)點的信任機制，也是比特幣成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

經(jīng)過幾年的實際運轉(zhuǎn)，這一算法的弊端也顯露出來，比特幣網(wǎng)絡(luò)每秒完成600萬億次SHA256運算，消耗了大量的電力資源，而最終這些計算沒有任何實際或科學(xué)價值。這些運算存在的唯一目的是用來解決工作量證明問題，另外一個現(xiàn)實的威脅便是算力集中，工作量證明本質(zhì)上是利用窮舉法找出符合規(guī)定條件的哈希值的過程，算力越強，獲得記賬權(quán)(即挖到礦)的可能性便越高，一開始是最早利用顯卡挖礦的人，后來是利用FPGA礦機的人，再后來是利用ASIC專用芯片挖礦的人，現(xiàn)在就是不斷制造出更好的ASIC的人，另外還有“礦工”節(jié)點聯(lián)合起來組成礦池，如Ghash，Ghash 2014年曾經(jīng)發(fā)表聲明，將在今后確保不超過40%的全網(wǎng)算力，這類自律聲明是對比特幣去信任機制的莫大諷刺。

比特幣自誕生以來，人們便開始嘗試其他除了工作量證明算法之外的其他共識機制，如具有代表性的權(quán)益證明POS、委托權(quán)益證明DPOS、拜占庭容錯機制（BFT）及實用拜占庭容錯機制（PBFT）等，下面將主要介紹POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

權(quán)益證明POS

POS是一類共識算法，或者說是一類共識算法的設(shè)計思想，而不是一個，最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一個化名Sunny King的極客推出的一類加密貨幣，采用工作量證明機制+權(quán)益證明機制，首次將權(quán)益證明機制引入了加密貨幣。Peercoin引入了“幣齡”的概念，每個幣每天產(chǎn)生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。當(dāng)一個新的區(qū)塊產(chǎn)生時，其他想獲得記賬權(quán)的節(jié)點同比特幣也需要計算哈希值，得出滿足條件哈希值的難易與難度值有關(guān)，這個難度值這里與幣齡成反比，即你的幣齡越大，得出符合條件的哈希值的概率就越大，同時你的幣齡被清空，記賬后系統(tǒng)會給予你相應(yīng)“利息”，你每被清空365幣齡，獲得利息為：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率為1%，即0.08個幣。

可以看出，在POS機制下，持有幣越多，越容易獲得記賬權(quán)，接近于贏家通吃的感覺，但持有的幣越多，越接近于一個誠實的節(jié)點，因為破壞整個網(wǎng)絡(luò)帶來的損失也越大。Peercoin的POS機制有一個漏洞，對于不持有幣的人而言，他們本來就沒什么收益，所以一些惡意攻擊對于他們則是無損失的，這就是Nothing-at-stake attack（無利益攻擊）。后續(xù)的比較成功的POS都引入了對付這種攻擊的機制。

以太坊系統(tǒng)的目標(biāo)是在今年引入權(quán)益證明，即Casper。在權(quán)益證明共識機制之下，用戶將能夠在以太坊網(wǎng)絡(luò)擁有“幣權(quán)”。用戶如果誠實行事并確認(rèn)了合法交易，將獲得與其股權(quán)成比的利息；如果惡意行事并試圖網(wǎng)絡(luò)中作弊，就會失去其權(quán)益。

委托權(quán)益證明DPOS

委托權(quán)益證明DPOS是POS的變種，運用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在于全網(wǎng)投票選出101個節(jié)點代行記賬權(quán)限，這些代表節(jié)點的權(quán)限完全一致。代表節(jié)點輪流記賬，可以選擇創(chuàng)造區(qū)塊或不創(chuàng)造區(qū)塊。但他們無法改變交易的詳情，惡意或者遲到的代表節(jié)點的行為也會被公之于眾，那么網(wǎng)絡(luò)可能將他們簡單快速地投票驅(qū)逐出去。被驅(qū)逐出去的代表節(jié)點將會失去他們記賬權(quán)限，以及對應(yīng)的收入。

DPOS作為是一種弱中心化的共識機制，保留了一些中心化系統(tǒng)的關(guān)鍵優(yōu)勢，如交易速度等(每個塊的時間為10秒，一筆交易在得到6-10個確認(rèn)后大概1分鐘，一個完整的101個塊的周期大概僅僅需要16分鐘)，但每個持幣者都有能力決定哪些節(jié)點可以被信任，并且事實上，代表節(jié)點會主動降低自己的收入來贏得更多投票，剩下的收入會作為股息，支付給所有的比特股持有人。DPOS有點類似于代議制民主及股份公司董事會制度，都是一種精英制度，但其身份受制于下面的民眾，在DPOS中，幣的持有者至少有權(quán)決定代表節(jié)點—或者說礦工的身份。

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