ITA:Vitalik Buterin：解析 PoS 与 PoW 机制安全性优劣

总体而言PoS系统仍然利大于弊：更高的效率、应对攻击并从攻击中复原的能力更强。

原文标题：《Vitalik：权益证明vs.工作量证明(2020年11月)》撰文：VitalikButerin，以太坊创始人翻译：Chih-ChengLiang、Hsiao-weiWang来源：ETH中文网

本文原由Chih-ChengLiang和Hsiao-weiWang翻译为繁体中文，由于表达习惯不同，考虑到简体中文读者的阅读体验，ECN对本文进行了简体转化和二次校对。

权益证明(ProofofStake,PoS)在区块链安全性上优于工作量证明(ProofofWork,PoW)的关键因素主要有三。

权益证明在同样成本下可提供更高的安全性

理解这点最简单的方式就是把权益证明和工作量证明摆在一起看，假设每天有$1的区块奖励，攻击此网络所需的成本是多少。

基于GPU的工作量证明

你可以便宜租到GPU，所以攻击网络的成本就只是租到足够的GPU算力以超过现有的矿工。每产生$1的区块奖励，现有矿工的成本将近$1(如果成本高于$1，矿工就会因为无利可图而退出，反之新矿工就会加入进来获取利润)。因此，攻击网络的成本只需要高于$1/天，而且可能只需要持续几个小时。

日本物联网平台开发商Jasmy与AVITA Technologies成立合资公司:日本物联网平台开发商Jasmy与AVITA Technologies成立了合资公司。

Jasmy将为新公司提供数据管理解决方案，帮助AVITA为客户提供安全的计算机解决方案和带有个人资料柜的设备。随着Jasmy物联网平台与Secure PC解决方案的融合，新公司将为B2B客户提供DaaS设备即服务，为远程办公提供理想解决方案。Jasmy希望将区块链、加密货币和安全物联网解决方案等金融科技应用规模从日本扩大到亚太地区，并最终走向全球。[2023/4/17 14:08:00]

总攻击成本：~$0.26，且因为攻击者可以收到区块奖励，所以这个数字还有可能压到零。

基于ASIC的工作量证明

ASICs其实是资本成本：当买进ASIC时你预期大概可以用两年，因为它会慢慢耗损或是被性能更好的硬件取代。如果一个链被51%攻击了，社群大概会更换PoW算法来做出应对，而这时你的ASIC就会失去价值。平均而言，挖矿成本约为1/3的经常性成本与2/3的资本成本(详见此处)。

因此，每$1的区块奖励上，矿工每天会花~$0.33在电力与维护上，并花费~$0.67在他们的ASIC上。假设ASIC可以用大约2年，矿工会需要为单位ASIC硬件花费$486.67。(译注：$486.67=365天x2x$0.67资本成本)

Vitalik Buterin向Support Ukraine捐赠750 ETH:金色财经报道，据Whale Alert数据显示，以太坊联合创始人Vitalik Buterin向Support Ukraine捐赠750 ETH，约合2,621,468美元。据悉，这笔捐赠的交易哈希为：0xa8faf11f4e4c0a93fe9df333cc18d15e854d94b9f19d2237899213cf73c4699a，发送地址为：Vitalik.Eth 0xd8da6bf26964af9d7eed9e03e53415d37aa96045，接收地址为：Support Ukraine

0x165cd37b4c644c2921454429e7f9358d18a45e14。[2022/4/4 14:03:05]

总攻击成本：$486.67(ASICs)$0.08(电力与维护)=$486.75

(译注：此处电力与维护成本也是假设攻击时长6小时)

话虽如此，值得注意的是ASICs(相较GPU)带来较高的安全性是以中心化的高代价换来的，因此加入ASIC挖矿的门槛也非常高。)

权益证明Proofofstake

权益证明的成本几乎是百分百的资本成本(抵押的币)；唯一的营运成本是运行节点的成本。这样人们会愿意为每天每$1的区块奖励锁住多少的资金呢？不像ASIC，抵押的币不会贬值，而且当你不想抵押了你还可以在一段短时间内取回质押金。因此，参与者应该会愿意为同样程度的奖励付出比ASIC的情况更高的资本成本。

Vitalik最推崇作家大为·格雷伯去世:Vitalik Buterin最推崇作家、《债：第一个5000年》作者大为·格雷伯于9月2日去世，大卫?格雷伯认为唯有全面历史地理解了债及其与暴力之间的关系，我们方能开始正确估量我们刚刚到来的新纪元。大为·格雷伯曾深入研究了虚拟货币的历史，认为虚拟信用货币早在农耕帝国时代就是主导货币形式，利息货币的习惯同时也起源于苏美尔，利息率固定为20%，2000年来一直保持稳定。在中世纪（公园600-1500年）虚拟信用货币回归，而当今时代（1971以后）则是债的帝国。值得一提的是，占领华尔街运动也是大为·格雷伯组织的。[2020/9/4]

让我们假设~15%的报酬率足够吸引人们抵押(这是eth2的期望报酬率)。因此每天$1的区块奖励会吸引相当于6.667年报酬的抵押，或换算为金额为$2,433。节点消耗的硬件与电力成本很小，每一千元的电脑可以抵押成千上万的资产，而且每月~$100的电力与网费也算足够。但保守来说，我们假设这些经常性成本是抵押总成本的~10%。所以我们只有每天$0.90的区块奖励对应到资本成本，因此我们还要把上面的数字减少~10%。

(译注：6.667年=$1/(15%年报酬）；$2,433=$1/天x365x6.667)

总攻击成本：$0.90/天*6.667年=$2,189

动态 | Vitalik Buterin或将退居幕后:11月2日消息，近日，在以太坊基金会主办的会议Devcon上，Buterin在会议中表示，他应该开始退居幕后了，这是“社区发展的重要一步”。为什么呢？简单来说，在一个真正去中心化的系统中，不应该存在一个足以击垮整个系统的部分。[2018/11/2]

长期来说，这个攻击成本会预期会更高，因为抵押会变得更有效率，而且人们也会更能接受较低的报酬率。我个人预期这个数字最终会攀升到$10,000的程度。

取得这么高程度安全性的唯一「代价」就是在质押期间不方便随意转移质押金。甚至有可能因为人们认知到这些被锁住的币会造成币的价值攀升，所以在社群流通的货币总数，或是能做有生产性投资的资金，都能维持不变。反观PoW，维持共识的「代价」是疯狂地损耗大量电力。

更高安全性或更低成本？

注意我们有两种方式可以运用这个增加5-20倍的每单位成本安全性。一种方式是区块奖励维持现状，并受益于增加的安全性。另一种方式是维持现有程度的安全性，并大量减少区块奖励(也就是减少共识机制成本的「浪费」)。

两种方式都行。我个人喜欢后者，因为我们下文会看到，比起工作量证明，在权益证明中一个成功的攻击能够造成的伤害更少，而且更容易从攻击中复原。

权益证明更容易从攻击中复原

声音 | BM 评价 Vitalik 新共识算法：是对非 BFT 终结性的正式描述:据 IMEOS 报道，Vitalik 近期在其博客上发布了一篇名为《一个99%容错共识的指南》的文章，文章认为这个算法只需要 1％ 的节点“诚实”。这意味着，从理论上讲，攻击者需要控制超过99％ 的区块链节点才能进行攻击。因此不再有 51％ 的攻击。

EOS 社区成员询问 BM 对这个文章的看法以及意见，BM 回复道：这篇文章没有给出譬如什么时候开始实施的时间先，但可以安全地假设一下这个新算法将会在基于 POS 的共识生效后实施......所以相当于在宇宙热寂之后实施......

“不过这个算法是关于 Steem 和 Bitshare 的非 BFT 终结性的正式描述，这就很有趣了。”[2018/8/16]

在工作量证明的系统，如果你的链遭受51%攻击，你会怎么做？目前为止，实践上唯一的应对方式一直是「慢慢等，直到攻击者觉得无聊」。但这忽略了一种更危险的攻击叫做「重生点埋伏攻击(spawncampingattack)」，攻击者可以对链攻击再攻击，明确的目标就是要让链无法再使用。

(译注：重生点埋伏是一种游戏术语，在对方玩家阵亡重生的地方埋伏，造成对方玩家一重生就再阵亡，毫无回击能力。)

基于GPU的系统完全没有防御的办法，而且持续攻击的攻击者可以轻易让一个链永远毫无用处(或更实际一点，转移到权益证明或proofofauthority权威证明)。实际上，在攻击开始后的前几天，攻击者的成本就会变得非常低，而诚实矿工会离开，因为他们没办法在持续攻击之下取得区块奖励。

在基于ASIC的系统，社群有办法应对第一波攻击，但接下来的攻击就会变得很容易。社群可以在第一波攻击之后，硬分叉来更换工作量證明的演算法，也就是把所有ASIC「变砖」。但如果攻击者愿意承受自己ASIC变砖的成本，接下来的情况就和GPU的情况一样(因为还没有足够的时间去为新算法制造与生产ASIC)，所以在这之后攻击者可以很便宜地持续重生点埋伏攻击。

译注：变砖为电子产品俚语，代表损坏后无法使用，像砖头一样。

权益证明的情况，情况则变得非常开朗。针对一些种类的51%攻击(特别指想要推翻已经敲定的区块)，权益证明共识有内建的「罚没」(slashing)机制，大比例的攻击者抵押会被自动销毁(而且不会销毁到其他人的抵押)。

针对其他种类的，更难侦测的攻击(特别指51%合谋截断其他人信息)，社群可以协调一个「少数使用者发起软分叉minorityuser-activatedsoftfork(UASF)」，可以大量销毁攻击者的资金(在以太坊中，可以透过「消极惩罚inactivityleak」做到）。不需要采取「硬分叉删除货币」措施。除了UASF需要人为协调要选择哪个少数区块，其余事情都是自动化的，只要遵照协定规则去执行即可。

译注：少数区块minorityblock是小于51%抵押总数的验证者决定出来的区块。

因此，对链的第一次攻击就会耗损攻击者几百万美元，而且社群可以几天内马上站稳脚步。第二次攻击仍然会花费攻击者数百万美元，因为他们需要买新的币去取代旧的已经烧毁的币。再攻击第三次，就会再烧更多的数百万美元。局面极为不对称，而且优势并不会在攻击者那边。

权益证明比ASIC更去中心化

基于GPU的工作量证明还算合理地去中心化，因为取得GPU不会太难。但前面提过，基于GPU的挖矿难以满足「在攻击之下的安全性」这个准则。另一方面，基于ASIC的挖矿，则需要数百万美元的资本(而且如果你的ASIC是买来的，多数时候，制造商会占更多便宜)

这个资本门槛会是回答「权益证明代表富者更富」这个常见论点的答案：ASIC挖矿也是富者更富，而且这个局面下，富者更占据优势。权益证明的最低抵押门槛在相比之下算是很低，而且许多一般人更有机会进入。

(译注：就文章完成当下440USD/ETH的价格来看，最低抵押门槛大概是9.3万人民币。)

进一步说，权益证明更能抵抗审查。GPU挖矿和ASIC挖矿很容易侦测，他们需要大量电力消耗、昂贵硬体采购、及大型厂房。另一方面，权益證明可以跑在一台不起眼的笔电上，甚至也可以透过VPN做。

工作量证明可能的优势

我认为PoW有两大主要优势，但这些优势其实有相当的限制性。

权益证明更像个「封闭系统」，长期而言财富更加集中。

在权益证明中，如果你有一些币，你可以抵押那些币，并且获得更多同种类的币。而在工作量证明中，你总是可以获得更多币，但你需要一些外部资源来达成。因此，人们会认为长期而言权益证明的币的分配会更集中。

我的回应是，在PoS中，报酬一般而言会很低(所以验证者的获利也会低)。在eth2，我们预期验证者的年收益率会相当于总ETH供给量的~0.5-2%。而且更多验证者抵押，利率会更低。因此，可能要花个一世纪，整个资产集中程度才会翻倍，而且在这样的时间跨度之下，其他促进分配的压力(人们想花他们手上的钱，分配资产到慈善或他们自己的子孙等等)比较可能会占上风。

权益证明需要「弱主观性」(weaksubjectivity)而工作量证明不需要。

关于「弱主观性」的概念可以看这个原始介绍。本质上，就是节点在第一次上线，或是在离线很长一段时间之后(数个月)再次上线，这个节点必须要透过第三方的资源，才能决定正确的链头在哪。这个第三方可以是他们的朋友、可以是交易所或区块链浏览器、或是客户端开发者本身、又或是其他角色。PoW则没有这样的要求。

然而，这可能是一个很弱的要求。事实上，使用者本身就已经必须对客户端开发者、或「社群」有这种程度的信任。最起码，使用者必须信任某个人(通常是客户端开发者)来告诉他们协议是什么，这个协议曾经经历过什么更新。这在任何软件应用中都无法避免。因此，PoS的边际信任成本仍然很低。

但就算这些风险最终会发生，对我而言PoS系统仍然利大于弊：更高的效率、应对攻击并从攻击中复原的能力更强。

参考来源：

ProofofStakeFAQ

一种ProofofStake设计哲学

来源链接：vitalik.ca

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开放的分布式区块链应用平台，通过其专属加密货币Ether以太币提供去中心化的虚拟机，处理点对点合约。允许任何人建立和使用通过区块链技术运行的去中心化应用，没有任何欺诈、审查、第三方监管。以太坊的概念首次在2013至2014年由维塔利克·布特林VitalikButerin受比特币启发后提出，旨在共同构建一个更全球化、更自由、更可靠的互联网。以太坊EthereumETHERCERCERC20ERC721ERC以太坊查看更多

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