共識機制中pos的效力最低

1、區(qū)塊鏈共識算法――(二)PoS共識(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數(shù) 字 貨 幣 愛 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權益證明 PoS 共識算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發(fā)布的點點幣 (Peercoin, PPC) 中首次實現(xiàn). PoS 由 系統(tǒng)中具有最高權益而非最高算力的節(jié)點獲得記賬 權, 其中權益體現(xiàn)為節(jié)點對特定數(shù)量貨幣的所有權, 稱為幣齡或幣天數(shù) (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費資源而提出的，簡單來說就是 誰的權益大，誰說了算 。

PoS共識機制（Proof of Stake 權益證明）通過權益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費、節(jié)點一致性等問題。

各個節(jié)點需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗證節(jié)點（權益提高），系統(tǒng)通過算法在其中選擇一部分作為出塊節(jié)點（礦工），每隔一段時間重新選擇，算法會保證完全隨機，不可被操控。只有出塊節(jié)點才能進行數(shù)據(jù)處理，爭奪記賬權。

權益主要由權益因子決定，可以是持幣數(shù)量，也可以是幣齡及兩者的結合。

以太坊在之后很有可能會改用PoS進行共識，其更加符合以太坊高效率的特點。

2、兩種共識機制對比(PoW vs PoS)

區(qū)塊鏈中最核心的架構就是共識機制，可以說是區(qū)塊鏈的驅動引擎，發(fā)展這么多年，目前主流比較明確經(jīng)得住考驗的就只剩下PoW(Proof of Work)與PoS(Proof of Stake)兩種機制。簡單概述下，PoW系統(tǒng)的特點是通過消耗大量算力來計算特定算法的解（典型如哈希），第一個算出結果的有權生成區(qū)塊，同時也會得到coin作為獎勵（這也是coin的生產(chǎn)與分發(fā)過程，形象地稱為Mining），采用PoW的典型區(qū)塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運行時間最長，被公認為是最可靠安全的共識機制； 其本質是通過消耗大量算力來實現(xiàn)系統(tǒng)內的逆熵過程，保證系統(tǒng)的長期安全與穩(wěn)定 。但PoW被廣為詬病的也是其消耗太多的能源資源，這方面PoS就被認為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過質押系統(tǒng)中的資產(chǎn)即coin來成為一個質押者（staker），這樣就有權產(chǎn)出區(qū)塊，質押份額越多，獲得產(chǎn)出區(qū)塊權的概率就越高，也代表著獎勵越多。

在分布式系統(tǒng)中有一個 CAP 定理，是指一個分布式系統(tǒng)中存在著三元悖論，即不可能同時滿足這三個特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區(qū)容錯性 (Partition tolerance)，而只能滿足其中兩個。區(qū)塊鏈作為一種分布式網(wǎng)絡，這個定理也逐漸演變成了區(qū)塊鏈的三元悖論，即 安全性(Security) 、 去中心化(Decentralization) 和 可擴展性 (Scalability) ，也是同時只能滿足兩個特性。

整體上看PoW系統(tǒng)更注重的是 安全性(Security) 與 去中心化(Decentralization) ，放棄 可擴展性 (Scalability) ，這也是Bitcoin網(wǎng)絡的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統(tǒng)更關注的是 可擴展性 (Scalability) 與 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 實現(xiàn) 去中心化(Decentralization) ，我是比較持懷疑態(tài)度的。從保守主義與系統(tǒng)的更長期穩(wěn)定的角度出發(fā)，我個人是堅定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關，并不是特別看好PoS作為基礎層能比較穩(wěn)定。特別是像這次 5月份的Luna事件 ，事件大概的過程是Luna鏈上的算法穩(wěn)定幣UST缺乏價值支撐最終脫錨，其核心問題在于UST的錨定設計試圖用一個PoS股權系統(tǒng)去支撐其錨定美元，而且還超發(fā)了太多UST，再加上UST與Luna的兌換設計缺陷最終導致Luna自身的死亡螺旋。但這個事件更大的意義應該是敲響了一個警鐘，PoS機制在面對空頭資本砸盤時真的還能維持穩(wěn)定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時節(jié)點數(shù)量萎縮的速度會很快，逐漸趨于中心化。

所有系統(tǒng)設計都需要根據(jù)自身定位來折中，以下從價值錨定的角度，簡單分析下為什么長期來看PoW會更有優(yōu)勢。

在PoW系統(tǒng)中三股主要的參與者分別是研發(fā)人員，投資者（或者叫用戶）與Miner，這三者的相互制衡，使得這個系統(tǒng)達到一個穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。而PoS系統(tǒng)中，將Miner這個重要的制衡力量移除了，投資者和Miner變成了同一群體 質押者（stakers） ，因此該群體濫用權力的行為會變得相對不受限制，并且該鏈隨后的發(fā)展方向也可能會更加不平衡，更容易傾向有利于 質押者（stakers） 群體的方向。

PoW系統(tǒng)很好的闡述了什么是被普遍認可的價值，抽象上來看就是高代價的稀缺性 ，高代價與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多只能實現(xiàn)其中一個稀缺性。

Miner為了在鏈上生產(chǎn)區(qū)塊賺取coin，不僅需要持續(xù)支付高額電力成本，還必須不斷投入研發(fā)、升級硬件、優(yōu)化基礎設施和運營規(guī)模來保持其競爭力。最終結果是，能夠長期持續(xù)盈利的Miner并不會是一個一層不變的群體，而是總在競爭中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來。這也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因為不斷變化的Miner群體意味著沒有一個Miner可以在相當長的時間內保持網(wǎng)絡的大部分算力，除非他們通過嚴酷的競爭考驗，不斷優(yōu)化自身來提供更多的算力。

而PoS系統(tǒng)中的質押者實際上并多少真正的風險投入，也沒有優(yōu)勝劣汰的嚴酷競爭機制，他們只需要簡單地運行一個staker節(jié)點就可以躺著賺利息，本質上只是將自己在銀行系統(tǒng)里的錢簡單的轉化為鏈上資本，就可以坐地收割后進入這個系統(tǒng)的新人。這種行為并沒有太多難度，只是簡單地賺取“無風險”利息，他們并沒有將資本轉化為任何形式的需要面臨風險考驗的投資。

而且當發(fā)生硬分叉時，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時會更為謹慎，因為他們需要投入高昂的電力成本來為他們的選擇背書，一旦選錯了將損失所有投入成本。PoS系統(tǒng)如果發(fā)生硬分叉，質押的coin作為系統(tǒng)內部狀態(tài)的一部分，硬分叉后質押者將在兩條不同鏈上都擁有相同數(shù)量的資產(chǎn)，由于沒有什么沉默成本，導致質押者更愿意兩邊都支持，從而使硬分叉更容易且更頻繁地出現(xiàn)，這被稱為 nothing at stake 問題。

PoW是真正能做到無準入限制的(Permissionless)，就是說已經(jīng)在這個系統(tǒng)中的老人無法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網(wǎng)絡中產(chǎn)出coin。而PoS系統(tǒng)中，新人要進入，都不得不先從老人手中買coin。

而且PoW中Miner為了支付各種高昂成本（電力，設備，基礎設施等），產(chǎn)出coin后也不得不賣出一些以彌補成本，這同時也是一種把coin分發(fā)給更多人的過程； 特別是在熊市，Miner為了維持開銷也不得不低價賤賣coin，這樣新人才有機會以相對低的成本獲得籌碼入場，這才是一個健康的生態(tài)擴張過程 。而PoS中由于質押者并沒有什么運行成本，也不需要面對太多競爭，質押者出塊得到coin后不需要急著賣出，更容易哄抬價格，其實會變相激勵場內老人剝削新入場者，不給后來人更多機會；整個系統(tǒng)會趨向于更封閉，逐漸演變成一個有限游戲，長期運行下去只會越來越中心化；系統(tǒng)中財富越來越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實現(xiàn) 去中心化(Decentralization) 。

由于PoW系統(tǒng)中是以提供工作量的方式產(chǎn)出區(qū)塊的，隨著時間的推移這些工作量都會被累積起來并使鏈不斷向前延伸，這也是為什么叫區(qū)塊鏈；這些累積的工作量也給攻擊者造成了巨大障礙，如果想要反轉整條鏈，不僅需要非常高的算力，還需要相當長的時間，這也為應對攻擊提供了足夠長的時間緩沖。

而PoS系統(tǒng)其實只是維護一個分布式賬本， 并沒有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉整條鏈就是相當容易的，幾分鐘就可以搞定。

嚴格來說由PoW算力支撐的BTC不應歸為高科技類，由于它整個系統(tǒng)架構更保守更穩(wěn)定，提供的更多的是一種 物化價值(objective costliness) ，更能作為價值之錨，所以數(shù)字黃金這個稱號很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級后為PoS）這些更接近科技類創(chuàng)新平臺，PoS本質上更像是一種股權系統(tǒng)，其實PoS系統(tǒng)反而是需要中心化，偏向更依靠整個社區(qū)的生命力，需要依靠核心團隊的創(chuàng)新與開拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩(wěn)定與提供 物化價值(objective costliness) 。

區(qū)塊鏈作為一個價值分配系統(tǒng)， 算力是它的價值之錨，如果沒有算力，就會退化為一個股權系統(tǒng) 。算力在哪，資金就會跟去哪。目前的發(fā)展趨勢也是逐漸往多層網(wǎng)絡的方向發(fā)展，類似TCP/IP的多層協(xié)議棧。從作為基礎層(Base Layer)的角度看，更需要的是長期穩(wěn)定與提供價值支撐，因此PoW系統(tǒng)更合適；而PoS可能更多的是可以作為Layer2以實現(xiàn) 可擴展性 (Scalability) ，彌補PoW基礎層的吞吐量不足，并通過錨定在PoW基礎層上來獲取算力安全性與價值支撐。

最后順帶說下最近市場行情，5,6月份以來的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數(shù)一度長時間停留在個位數(shù)；其實我覺得也沒必要那么恐慌，要在這個圈子長期活下去，面對這種大波動的心理預期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經(jīng)常提到一個詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬次打磨后留下來的細小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恒的一種堅持，有種經(jīng)常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺。這個和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價值的東西就應該具有這種品質，PoW系統(tǒng)肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后經(jīng)歷過的各種事件，其實像這樣的大波動近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國內的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市場轉熊，每次經(jīng)歷大波動后，市場都會淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風險，對整個行業(yè)發(fā)展也是好事。眼光還是應該放遠一點，至少看5到10年后的變化，科技發(fā)展過程中所帶來的波動和風險是不可避免的，日光之下無新鮮事，每次科技革命過程中總會夾雜著眾多的反對、質疑，還有眾多的投機、騙局；這個過程也總是通過各種暴雷、回歸，清除泡沫后價值重估，夯實了基礎后積蓄能量再次進入躍升到新的發(fā)展階段。 價值互聯(lián)網(wǎng)的到來是一件無法回避的事情 ，當理解和看清了這種趨勢后，規(guī)避掉各種坑和市場噪音，遠離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產(chǎn)，時間本身就會帶來回報。

3、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)受住足夠實踐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)絡中構建了彼此不信任節(jié)點的信任機制，也是比特幣成功應用的關鍵技術環(huán)節(jié)。

經(jīng)過幾年的實際運轉，這一算法的弊端也顯露出來，比特幣網(wǎng)絡每秒完成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(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，如具有代表性的權益證明POS、委托權益證明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。

權益證明POS

POS是一類共識算法，或者說是一類共識算法的設計思想，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+權益證明機制，首次將權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。當一個新的區(qū)塊產(chǎn)生時，其他想獲得記賬權的節(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，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“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，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)的目標是在今年引入權益證明，即Casper。在權益證明共識機制之下，用戶將能夠在以太坊網(wǎng)絡擁有“幣權”。用戶如果誠實行事并確認了合法交易，將獲得與其股權成比的利息；如果惡意行事并試圖網(wǎng)絡中作弊，就會失去其權益。

委托權益證明DPOS

委托權益證明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)點代行記賬權限，這些代表節(jié)點的權限完全一致。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)絡可能將他們簡單快速地投票驅逐出去。被驅逐出去的代表節(jié)點將會失去他們記賬權限，以及對應的收入。

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決定代表節(jié)點—或者說礦工的身份。

4、NULS的POC共識與POS和DPOS共識機制有和區(qū)別?

POC：（Proof-Of-Credit）信用共識機制，由NULS團隊首創(chuàng)并運用，共識機制為：節(jié)點信用達標的情況下，鎖定一定保證金即可加入共識，共識節(jié)點重新排序后每輪輪流出塊，退出共識時保證金解鎖。NULS的POC分為委托共識和節(jié)點共識，委托共識抵押2000NULS，節(jié)點共識抵押20000NULS。節(jié)點建立者維護節(jié)點，收取委托共識的部分傭金，共同維護NULS主網(wǎng)節(jié)點健康運行。
POC共識機制綜合了POW/POS/DPOS的優(yōu)勢特點，把區(qū)塊鏈中難以統(tǒng)一的去中心化、效率、一致性在不同方向上的特點做到了更好的協(xié)調。
 
1、去中心化：在POC共識機制的中，沒有節(jié)點數(shù)量的硬性限制，節(jié)點的數(shù)量是動態(tài)的，任何滿足條件的都可以加入節(jié)點，這里每一個出塊節(jié)點都類似POW中的礦池，通過持有權益的方式來加入這個礦池中共識。在POW中礦池根據(jù)算力來獲得記賬權益，在POC中，所有的礦池獲得記賬權的機會是隨機對等的，這使得POC共識機制的節(jié)點分布相對更去中心化。
 
 
2、效率：影響區(qū)塊鏈網(wǎng)絡效率的兩個關鍵因素是節(jié)點分布廣泛的程度和提供節(jié)點的硬件網(wǎng)絡資源。在協(xié)調這兩個參數(shù)中，POC共識機制引入了信用系數(shù)機制，直接會影響到節(jié)點的穩(wěn)定，所以每一個節(jié)點以及參與到這個節(jié)點的委托人都會做出對網(wǎng)絡最有利的選擇，保證節(jié)點能高效穩(wěn)定的提供服務，另外通過權益的方式來加入節(jié)點共識，使得節(jié)點的數(shù)量會在一定的區(qū)間內浮動，可以通過更改激勵參數(shù)來調節(jié)，參數(shù)一定的情況下市場會進行自動的調節(jié)。在這些節(jié)點中，融入了DPOS的隨機排序后出塊原則，保證了網(wǎng)絡的的安全和高效，可提供較高的TPS承載能力。
 
3、一致性：在POC共識機制中，全員皆可以參與共識，節(jié)點只能向參與者收取一定的手續(xù)費，所有的人參與共識的機會是均等的，獲得的激勵根據(jù)權益和節(jié)點信用系數(shù)來決定的。節(jié)點和所有的參與者都會為了提供穩(wěn)定的節(jié)點服務達成共識。

5、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數(shù)字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問題”了。

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國時期就發(fā)明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個節(jié)點就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統(tǒng)有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數(shù)字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發(fā)的一個“哈?，F(xiàn)金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數(shù)，其具體的工作原理實在太專業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數(shù)；技術上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網(wǎng)節(jié)點就認可了他所付出的成本，承認新的區(qū)塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或實際用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點來控制網(wǎng)絡。

雖然在2009年時為了構建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網(wǎng)絡，沒有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經(jīng)有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權益證明。

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PoS，權益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點記賬權的獲得難度與節(jié)點持有的權益成反比，也就是說，一個節(jié)點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區(qū)塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據(jù)每個節(jié)點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數(shù)的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數(shù)量*擁有天數(shù)。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區(qū)塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達到一定規(guī)模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產(chǎn)生區(qū)塊的優(yōu)先權，并獲取利息，同時PoW機制由于消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機制，不過正在轉向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

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