Vitalik告诉你为什么以太坊要从PoW转向PoS

原文标题：Vitalik：以太坊从 PoW 转向 PoS 的三大关键原因

原文来源：洒脱喜

译者前言：在以太坊 2.0 存款合约正式发布之后，以太坊朝着 PoS 系统的转变迈出了一大步，而以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在其新发表的文章中，总结了以太坊将从当前的 PoW 系统切换到 PoS 系统的理由，在他看来，在相同成本条件下，PoS 提供了更好的安全性，从而可以抵御潜在的攻击，此外，PoS 系统在遭受攻击后能够更快恢复，而最后一个优势，则是 PoS 相对于 ASIC 挖矿更去中心化（注：不包括 GPU 挖矿），尽管如此，Vitalik 也提到了 PoW 系统可能存在的两大优势，但这些优势仍不足以让以太坊停留在 PoW 系统。

与工作量证明（PoW）共识机制相比，权益证明（PoS）是一种更优越的区块链安全机制，主要原因有三：

1、在相同成本条件下，PoS 提供了更好的安全性

最简单的方法，就是把 PoW 和 PoS 放在一起，看看在区块奖励为每天 1 美元的网络中，进行一次攻击的成本。

基于 GPU 的工作量证明

你可以便宜地租用 GPU，所以攻击网络的成本只是租用足够的 GPU 功率以超过现有的矿工成本。对于每 1 美元的区块奖励，现有矿工的成本支出应接近 1 美元（如果他们支出更多，矿工将因无利可图而退出，如果他们支出较少，新的矿工可以加入进来并获得高额利润）。因此，攻击网络的花费并不会很高，而且只需要进行几个小时的时间。

总攻击成本：假设进行 6 小时的攻击，大约为 0.26 美元，当攻击者获得区块奖励时，有可能降低为零。

基于 ASIC 的工作量证明

ASIC 是一种资本成本：当你买了一台 ASIC 矿机，你就可以期望它能在 2 年内使用，直到它磨损或被更新、更好的硬件淘汰。如果一条区块链受到 51% 攻击，社区可能会通过更改 PoW 算法来响应，而你的 ASIC 矿机就会失去其价值。平均而言，在挖矿成本当中，持续成本约占 1/3，资本成本约为 2/3（请参阅这篇文章）。因此，对于每天 1 美元的区块奖励，矿工们将花费大约 0.33 美元/天的电力+维护费用以及约 0.67 美元/天的 ASIC 矿机费用。假设一台 ASIC 矿机的使用寿命为 2 年，那么一个矿工将需要花费 486.67 美元来购买这样的 ASIC 硬件。

则攻击总成本为：486.67 美元（ASIC 硬件成本）+0.08 美元（电力+维护成本）= 486.75 美元。

而随着加入的门槛越来越高，ASIC 以较高的中心化成本提供了更高级别的安全。

权益证明（PoS）

PoS 几乎完全是资本成本（存入的币），唯一的运营成本是运行一个节点的成本。现在，人们愿意锁定多少资金来获得每天 1 美元的奖励？与 ASIC 矿机不同的是，存入的币不会折旧，当你完成质押后，你可以在短时间延迟内将币取回。因此，参与者应该愿意为同样数量的奖励支付更高的资本成本。

假设 15% 的回报率足以激励人们投资（这是预期的以太坊 2.0 回报率），那么每天 1 美元的奖励，将吸引 6.667 年的存款，或大约 2433 美元。而一个节点的硬件和电力成本都很小，一台 1000 美元的计算机就可以质押数十万美元的存款，而每月大约 100 美元就足以支付电力和互联网成本。我们可以保守地说，这些持续成本约占总投资成本的 10%，也就是说，我们每天只有 0.9 美元的回报最终对应于资本成本，因此我们需要将上述数字削减约 10%。

则攻击总成本为：0.90 美元/每天 * 2433.455 天（6.667 年）= 2189 美元

从长远来看，这一成本预计会更高，因为 Staking 会变得更有效，人们对较低的回报率也会感到满意。我个人预计，这个数字最终会上升到 1 万美元左右。

请注意，获得这种高安全级别的唯一「代价」，是在你 Staking 时无法随意移动币所带来的不便。甚至有可能是因为公众知道这些币都被锁定了，从而导致币的价值上升，所以在社区里流动、准备进行生产性投资等的货币总量保持不变！而在 PoW 中，保持共识的「代价」，是真实的电力被疯狂地消耗。

更高的安全性还是更低的成本？

请注意，有两种方法可以提高系统 5-20 倍的安全性与代价比，一个是保持区块奖励不变，但增加安全性。另一种方法是大幅减少区块奖励（从而导致共识机制的「浪费」），并保持安全级别不变。

两种方法都是 ok 的，我个人更喜欢后一种，因为正如我们将在下面看到的，在权益证明（PoS）中，即使是成功的攻击，其危害也要比工作量证明（PoW）的攻击小得多，并且恢复也更容易。

2、权益证明（PoS）系统遭受攻击后更容易恢复

在一个 PoW 系统中，如果你的区块链遭受了 51% 攻击，你会怎么做？截至目前，实践中唯一的回应就是「等攻击者厌烦」。但这忽略了一种更为危险的攻击可能性，这种攻击被称为「覆巢攻击」（spawn camping attack），意思就是攻击者一次又一次地攻击区块链，目标就是让区块链变得无用。

在一个基于 GPU 挖矿的系统中，这是没有办法防御的，持续的攻击者很容易能让一条区块链永久地无用（或者更现实地，切换到权益证明或权威证明共识机制）。事实上，在最初的几天之后，攻击者的成本可能会变得非常低，因为诚实的矿工将会退出（原因是他们无法在攻击期间获得奖励）。

而在一个基于 ASIC 挖矿的系统中，社区可以对第一次攻击做出响应，但这实际上也是一种攻击，社区需要通过一次硬分叉来改变 PoW 算法来应对第一次攻击，从而「阻挡」所有的 ASIC（攻击者和诚实的矿工！）。但是，如果攻击者愿意承受最初的代价，那么在这之后，情况又回到了 GPU 的情况（因为没有足够的时间为新算法构建和分发 ASIC），因此这种情况下，攻击者仍然可以廉价地继续执行覆巢攻击。

然而，在 PoS 的情况下，情况就要好得多，对于某些类型的 51% 攻击（特别是恢复最终确定区块），在 PoS 共识证明系统中有一个内置的「罚没」机制，通过该机制，攻击者的大部分质押权益（而没有其他人的质押权益）会自动销毁。对于其他更难检测到的攻击（尤其是 51% 的联盟审查攻击），社区可以协调一次少数用户激活软分叉（UASF），在这种情况下，攻击者的资金再次被大量销毁（在以太坊，这是通过「闲置泄漏机制」完成的）。这不需要「销毁币的硬分叉」，除了需要在 UASF 上协调以选择少数区块之外，其他一切都是自动化的，只需简单遵循协议规则。

因此，第一次攻击区块链将使攻击者损失数百万美元，而社区将在几天内恢复元气。而第二次攻击区块链，仍然会让攻击者损失数百万美元，因为他们需要购买新的币来替代已被销毁的旧币。同样的，第三次、第四次……都需要花费攻击者数百万美元的成本，这场比赛是非常不对称的，它不利于攻击者。

3、权益证明（PoS）比 ASIC 挖矿更去中心化

基于 GPU 的工作量证明被认为是合理去中心化的（获得 GPU 并没有很困难），但是基于 GPU 的挖矿，在很大程度上不符合我们前面我们提到的防范攻击的安全标准。另一方面，基于 ASIC 的挖矿需要数百万美元的资本才能进入。

这也是对常见的「PoS 导致富人越富」论点的正确回应：ASIC 挖矿也意味着富人越富，而这场博弈更是向富人倾斜的。至少在 PoS 系统中，所需的最低质押金额是相当低的，而且很多普通人都能实现。

此外，PoS 共识证明更具抗审查性，GPU 挖矿和 ASIC 挖矿都非常容易检测到：它们需要大量的电力消耗、昂贵的硬件采购以及大型场地，相比之下，PoS 的 staking 可以在不起眼的笔记本电脑上，甚至通过 V.P.N 来完成。

PoW 可能存在的优点

我认为 PoW 有两个主要的真正优势，尽管在我看来，这些优势也相当有限。

1、PoS 系统更像是一个「封闭」系统，这导致长期来看，系统的财富集中度会更高在 PoS 系统中，如果你有一些币，你可以选择质押它们，然后得到更多的币。而在 PoW 系统中，你总是可以赚取更多的币，但你需要一些外部资源来做到这一点。因此，有人可能会争辩说，从长期来看，PoS 系统的代币分配可能会越来越中心化。

对此，我看到的主要回应是，在 PoS 中，总体奖励（即验证者收入）将会相当低，在以太坊 2.0 中，我们预计验证者年化总收入相当于 ETH 总供应量的 0.5-2%。并且参与 staking 的验证者越多，其得到的收益就越少。因此要让币的集中度翻倍，可能需要花上一个多世纪的时间，而在这样的时间范围里，其他压力（想要花钱，将钱分配给慈善机构或其他方式等）可能会占主导地位。

2、PoS 需要「弱主观性」，而 PoW 则不需要

有关「弱主观性」概念的最初介绍，请参见此处。本质上，当一个节点首次上线以及它在很长一段时间（即数月）脱机后的任何后续时间，该节点必须找到一些第三方资源来确定正确的区块链。这可以是他们的朋友，可能是交易所或区块链浏览器网站、客户端开发者或者其他参与者，而 PoW 则没有这个要求。

然而，这可以说是一个非常弱的要求。实际上，用户已经需要在这种程度上信任客户端开发者或社区。至少，用户需要信任某人（通常是客户端开发者）来告诉他们协议是什么，以及协议的任何更新。

在任何软件应用中，这都是不可避免的。因此，PoS 需要的边际附加信任要求仍然很低。

但是，即使这些风险确实很大，但在我看来，相对于 PoS 系统从其更高的效率，以及更好地处理和从攻击中恢复的能力中获得的巨大收益来说，都是次要的。

另请参阅我之前撰写的关于 PoS 共识机制的文章。

Proof of Stake FAQ

A Proof of Stake Design Philosophy

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编译者/作者：区块律动BlockBeat

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