工作證明與股份證明

了解區塊鏈中的共識機制

在區塊鏈技術的世界中，共識機制在確保分散網絡的完整性和安全性方面起著至關重要的作用。當今使用的兩種最突出的共識算法是工作證明（POW）和股份證明（POS） 。這些協議決定瞭如何驗證交易，如何將新區塊添加到區塊鏈以及網絡參與者如何獎勵。了解這些系統之間的差異對於任何參與加密貨幣的人，無論是作為開發人員，投資者還是用戶。

什麼是工作證明（POW）？

工作證明（POW）是Bitcoin引入的原始共識機制。在POW系統中，礦工競爭使用計算能力來解決複雜的數學難題。第一個解決難題的礦工有權將下一個區塊添加到區塊鏈中，並獲得新鑄造的硬幣和交易費用。

• 礦工使用ASIC或GPU（例如ASICS或GPU）執行散列操作的專業硬件。
• 解決難題需要大量的能量和時間，這使網絡可以避免攻擊。
• 難題的難度會根據總網絡哈希速率自動調整。

此方法可有效防止垃圾郵件和雙人付費攻擊，因為它使過去的交易在計算上改變了交易。

股份證明（POS）如何工作？

股份證明（POS）是一種替代性共識機制，旨在解決POW的某些效率低下。在POS系統中，選擇驗證者根據“股份”作為抵押品的硬幣數量創建新塊。這意味著驗證器固定和鎖定的硬幣越多，他們被選中驗證下一個塊的機會就越高。

• 驗證者必須在錢包中鎖定一定數量的加密貨幣。
• 選擇過程還可以考慮其他因素，例如將硬幣固定的時間長度。
• 驗證者以交易費用或新鑄造的硬幣的形式獲得獎勵。

POS旨在通過消除對密集計算工作的需求來降低能耗並提高可伸縮性。

能源消耗和環境影響

最重要的工作證明批評之一是其高能消耗。 Bitcoin例如，採礦每年使用的電力比某些國家使用更多。這引起了環境問題的關注，並促使人們討論了基於戰俘網絡的可持續性。

• POW依靠能源密集型採礦業務。
• 大型採礦農場消耗大量電力。
• 評論家認為，POW有助於碳排放和全球變暖。

相比之下，危險證明被認為是更節能的，因為它不需要礦工執行資源較高的計算。取而代之的是，通過算法選擇驗證器，從而大大降低了維護網絡所需的功率。

POW和POS的安全考慮

工作證明和股份證明都有自己的安全模型和潛在的漏洞。

在工作證明中，網絡的安全性與確保其確保的總計算能力成正比。在理論上，一個單一實體控製網絡哈希速率的一半以上是一個超過一半的攻擊，但在大型網絡中是非常昂貴且不可能的。

• 攻擊者需要控制大多數採礦能力。
• 獲取和操作此類硬件的成本非常高。
• 即使攻擊成功，當地加密貨幣的價值也可能會暴跌，從而損害攻擊者自己的投資。

為了證明股份，通過經濟激勵措施維持安全。如果驗證者的行為不誠實，他們可能會通過稱為Slashing的過程失去固定硬幣。

• 驗證者有誠實採取行動的經濟動力。
• 削減機制會懲罰惡意行為。
• 但是，POS系統可能更容易受到“危險中的任何事情”的攻擊，在這種攻擊中，驗證者沒有驗證多個區塊鏈叉的缺點。

權力下放和網絡參與

權力下放是區塊鏈技術的核心原則，工作證明與股份證明之間的選擇可以顯著影響網絡分散的方式。

在工作證明中，擁有正確硬件的任何人都可以參加採礦。但是，隨著時間的流逝，由於大型採礦池和專業硬件的興起，採礦已成為集中化。

• 由於硬件和電力成本，高入門障礙。
• 集中式採礦池可以主導網絡。
• 採礦作業的地理濃度（例如，廉價電力地區）。

為了證明股份，參與是基於硬幣所有權而不是計算能力。儘管這降低了能源成本，但它可以導致大型利益相關者的財富集中和權力集中。

• 較富裕的參與者對障礙驗證有更大的影響。
• 較小的利益相關者可能會依靠可以集中控制的庫存池。
• 一些POS系統實施隨機技術來減輕集中化風險。

交易速度和可擴展性

可擴展性是區塊鍊網絡的主要問題，尤其是隨著採用的增長。工作系統的證明通常會在高峰使用期間的交易速度和較高的費用而困難。

• Bitcoin每秒處理約7個交易。
• 以太坊也是一個POW網絡（以太坊2.0之前），每秒處理約15-30次交易。
• 高需求會導致交通擁堵並增加交易費用。

股權網絡證明通常提供更好的可伸縮性解決方案。許多基於POS的區塊鏈實施碎片或其他第2層技術以改善吞吐量。

• 以太坊向POS（以太坊2.0）的過渡旨在提高可擴展性。
• 碎片允許網絡同時處理多項交易。
• 降低能源消耗可以更快地共識和減少費用。

常見問題：有關POW和POS的常見問題

工作證明與股份證明之間的主要區別是什麼？主要區別在於選擇驗證器的方式以及如何創建新塊。工作證明依賴於解決難題的計算能力，而股權證明是根據其持有的加密貨幣量和願意利用的驗證器選擇驗證器。

哪些共識機制更安全？兩種機制都有其優勢。工作證明經過戰鬥測試，並且隨著時間的流逝而證明安全性，尤其是在Bitcoin等大型網絡中。股份證明對惡意行為施加了經濟處罰，使攻擊成本高昂，但它相對較新且仍在不斷發展。

區塊鏈可以從POW轉換為POS嗎？是的，幾個區塊鏈已經成功地從工作證明過渡到了股份證明。以太坊是最值得注意的例子，它以其以太坊2.0升級的POS模型，以提高可擴展性和能源效率。

股份證明有富人嗎？批評家認為，股份證明為擁有較大持股的人提供了更大的權力，這可能導致集中化。但是，許多POS系統實施機制來隨機驗證器選擇並鼓勵更廣泛的參與。