全面对比丨Staking持续走热 但PoS真的比PoW好吗？

介绍

随着Tezos,Cosmos,Loom等PoS项目上线，以及将要转为PoS的Ethereum和Cardano，加上还没有面世的Polkadot，Dfinity等众多明星项目项目都采用PoS共识机制。2019年被成为Staking Economy(质押经济)元年，众多交易所也看到的机会纷纷推出PoS服务，如老牌交易所Coinbase推出了Coinbase Custody 委托服务，让币圈惊呼PoS正在来临。

为什么Stof of Stake获得了巨大的关注？ 它真的比Proof of Work更好吗？

必须有一些优于PoW的重要优势，下文将在众多纬度上比较两者的关系优势和劣势。

本文将以行业趋势，社区互动，中心化，成本，激励，攻击因素，安全性，治理，引导和环境的简易性这10个方面对PoW和PoS进行全面对比，给大家一个参考。

1.PoS定义

Pow 和PoS都是去中心化网络中达成共识算法并且奖励参与共识者的方式。

换句话说，PoW和PoS决定了一个项目的代币发行和奖励方式，奖励参与者对整个网络以及共识对贡献，这也决定了想要参与共识就必须有资源，如矿机，持有币对数量等以及诚实的行为作为所述奖励的先决条件，BTC，ETH，XTZ等项目。

对于某些人来说，在网络中抵押或持有某个代币，自己承担风险，为网络安全作出贡献，并且获得奖励。

工作量证明可以在概念上被认为是股权证明，其中股权以staking（挖矿）硬件和电费的成本表示。可以进一步概括并认为Staking是一种传统的经济活动形式，为了实现收益奖励，必须投入资本来产生收益奖励。

在工作量证明中，安全性来自于加密算法。在概率上，具有最高计算能力的参与者（矿工）获得最多的奖励。

在股权证明中，安全性来自于将经济价值（抵押代币）暴露给某种风险。在概率上，具有最高风险/抵押价值的参与者以确定的方式被选择并给予最多的奖励。它是“概率性”的详细说明，因为它指的是如何选择验证器以避免始终选择最大利益的随机性的元素。

权益证明有很多细微差别。尽管每个协议都不尽相同，但仍有一些基本原则可供我们将其与工作量证明协议进行比较。

为了简单起见，我们将权益证明作为其各种实施的集合，如拜占庭协议，Tendermint，Dfinity，Casper，Ouroboros，Stellar Consensus，所有这些协议都是对持有或者抵押代币对人进行金钱激励。

2.趋势

尽管PoS目前相对新颖且相对PoW 较少采用和“可抵押”资代币项目，正如我们前面所讨论的那样，这些项目正在迅速发展。

实际上，按市价计算的前三十名Cryptocurrencies中有13个已经使用了权益证明或类似的共识机制。 这些包括EOS，Stellar，Tron，Dash，Neo，Binance Chain，Ontology，Tezos，NEM，VeChain，Waves，Qtum，Decred，Lisk。 另外三个主要的是转向PoS（以太坊，Cardano和OmiseGO）。

这意味着超过一半的市场使用PoS和另外几乎所有的第2层（layer 2）解决方案都在利用一些PoS机制（如loom,OmiseGO，POA Network等）。 甚至比特币的闪电网络也可以被认为是某种类型的权益证明。

现在让我们看看下面一组数字。

目前PoS项目总市值:> 160亿美元。

锁定抵押（staking）的总价值:>50亿美元。

PoS占据市场份额 :9.8%

PoS占据市场份额(不含BTC和ETH) : 26.6%

这些数字正在迅速增多，多方认为到今年年底时PoS的项目将获得约500亿美元的市值。

将各种项目转移到更新到PoS区块链协议（如Binance Chain，Cosmos，Polkadot）随着以太坊2.0的推出这一数字甚至会更高。

权益证明机制似乎正在抓住趋势。

3.可延展性

当我们谈论可伸缩性时，重要的是要考虑区块链的交易吞吐量以及它的交易最终性。

区块链网络的链上交易处理能力受平均区块创建时间和块大小的限制。 这两者共同限制了网络的吞吐量。

工作量证明的比特币每10分钟产生一个区块。 其他协议（如以太坊）将其减少到15秒，这会导致交易吞吐量略有增加。

在股权证明中，由于出块时间短得多，交易吞吐量平均要高得多，这在一定程度上可以通过有限数量的共识管理者（如验证者，区块产生者等）实现。

作为PoS链的一个例子，Tezos已经达到每秒40次交易。 如EOS或TRON中的委托证明（Delegated Proof of Stake）甚至可以处理超过1000 TPS。

如前所述，交易终结性是区块链可扩展性的重要因素，尤其是在商业落地中。 权益证明链的主要证明提供更快，在某些情况下接近即时确定最终性。 这不仅是“传统”PoS区块链的共同点，例如DASH 主节点（masternode）可以具有类似的终结性。

4.网络安全

我们知道2009年的比特币是工作量证明的第一次实施，已经使用了10多年。自成立以来，许多其他项目已经采用了工作量证明，从那以后它已成为设计公链的无可挑剔的方式。比特币的工作量证明经历了许多攻击尝试，并且已被证明是可靠和安全的。

PoW链是需要外部保证的系统，这意味着资源和价值来自系统外部（硬件，电力），这与内在PoS不同可能具有一些优势。这样，PoW避免了一些潜在的游戏理论情况，其中攻击系统的好处超过了利益损失。

从短期来看，工作量证明链可能会受到Cartels挖矿或通过Nicehash等服务购买的挑战，这可能会导致51％的攻击。由于比特币不可能购买执行此类攻击的算力能力，因此我们最近使用Verge和ETC看到的较小的工作量证明链是可行的。

为了估计51％的比特币攻击成本，我们必须考虑总硬件和电力成本，以便在算力能力方面达到51％的优势。

a. 目前总算力：50,000,000 TH / s

b. 目前蚂蚁S9矿机的当前价格：300美元

c. 蚂蚁S9矿机 算力：13 TH / s

d. 51％攻击的硬件成本：1,153,846,153美元（网络价值的1.11％）

免责声明：这是一个非常大概的攻击成本。

权益证明和staking机制仍然是一个非常新的东西。 尽管PeerCoin或Ardor等区块链已经存在了很长时间，但直到2018年夏天，第一个主要的权益证明项目Tezos诞生才让大家接触到权益证明。

他们都没有真正受到严格的压力测试，所以我们不知道我们可能面临的问题。

有一些可能的攻击向量用于权益证明项目，例如：

远程攻击

远程攻击是指对手在区块链上从创世区块开始创建分支并超越主链的情况。此分支可能包含不同的交易和区块，也称为“备用历史记录”或“历史记录修订版”攻击。

无利害关系攻击（Nothing at Stake）

PoS网络可能出现的一个问题是“Nothing at stake”的问题，其中区块产生者/验证者通过投票多个区块链历史没有任何损失，从而阻止实现共识。因为与PoW系统不同，在几个链上工作的成本很低，导致其作恶成本很低，好处多多。会导致有的节点产生新的分叉支持和发起不合法交易。导致区块链将不是唯一链。

51％的攻击力

您可能认为运行此类攻击需要总共51％的网络值，但在某些PoS网络中，进行此类攻击所需的steke量估计低至33％。通过受托人或投票，攻击者甚至不需要自己的stake，但在第三方网络支持下也可以，他可以通过投票购买或贿赂获得。重要的是要指出攻击者不需要总供应量的1/3，而是需要活跃stake的1/3，这可能会显着降低攻击成本。

低staking参与（抵押率）

重要的是要指出，51％的攻击者不需要总供应量的1/3，而是需要活跃股权的1/3，这可能会显着降低。例如。如果stake比例为25％，则所需金额仅为总供应量的1/12（⅓* 25％）。所以低的抵押率将导致整个网络的风险，这也是为什么很多PoS项目在初期会用高回报率来激励和达到高抵押率。

私钥攻击

虽然抵押私钥总是在线并因此暴露给网络，以证明所有权和签署交易。通过与网络的持续连接，密钥更容易受到攻击。即使私钥不直接控制总赌注的所有抵押金：获得对密钥的控制也可以访问验证和抵押权利，以进行攻击。

因此，PoS中的一个巨大安全风险实际上是将网络价值（抵押）转移到验证者，这可能导致高度集中化和可能对网络的攻击。大公司可能拥有大量资源来通过购买投票（甚至间接地通过不公平营销）或形成验证cartels来实现成功的攻击。

我通过LISK体验这一点，其中验证人已经抑制奖励分享几乎不参与投票者分享。此外，EOS验证者还制定了EOS宪法，不允许任何奖励与选民分享。

请考虑在某些PoS实现中解决并阻止上述攻击因素。很明显他们还没有进行过压力测试。

有几种混合方法，例如Elastos使用与比特币的合并挖掘来利用其安全性，同时具有类似EOS的dPoS共识算法。这种混合选项也值得探索。

安全方面直接引导我们进入中心化化的主题。

5.中心化 I 去中心化

PoW

工作量证明中的基本共识机制是采矿硬件。 该硬件很难访问，并且该技术由单个公司许可。

挖矿是一项艰巨的业务，因为购买ASIC始终是一项非常长期的投资，不可交换或作为权益证明资产流动性。

如今的工作量证明挖矿业务利润率很低，只有拥有硬件技术和廉价电力等高级资源的大型企业才有利可图。所以某种程度上PoW是中心化的。

PoS

与PoW不同，PoS中潜在的共识机制是原始资产。股权证明是免费提供的，可以在任何交易所甚至OTC市场批量购买，而不会有太多麻烦。因此，为了参与抵押，通常存在低到不存在的障碍。

然而，区块链节点需要建立并运行以参与其中，以稳定和分散网络并获得奖励。运行这些节点的动机很高。

虽然不是每个人都愿意或有能力运行这些节点，但像权益下放这样的机制在权力下放中至关重要，因为这些机制甚至允许最小的投资者在不运行节点的情况下进行投票并参与共识。

但是，在权益证明中，只有富人变富了吗？它似乎与时间汇合到一个高度集中的国家......

是的，这是一个有效的论点，但与工作证明相比，它可能实际上并非如此。

在“工作量证明”中，“富人越来越富裕”的权力法则更加明显，富裕的矿工可以简单地将ASIC设备放大。它们具有独家资源和高复合效应，并且通过许可技术更容易保持竞争优势。对于大型矿工来说，存在着巨大的规模经济，而对于PoS的收益者来说，规模经济和线性奖励发展是零（见下文）。

6.成本

我们要考虑三个方面成本：

A.区块链交易成本

B.维持区块链所需的资金

C.通货膨胀成本以补偿验证者/矿工

区块链交易成本

在公共区块链上存储数据非常昂贵。每个字节需要传递到网络中的每个节点，并且所有节点都必须存储它。

至于PoW，比特币交易成本目前约为每个1.91美元，而以太坊交易价格约为0.1美元，在牛市高峰期的某个时刻，比特币和以太坊的交易成本分别达到54.9美元和5.5美元。

权益证明方面，成本通常要低得多。例如，在Tezos，交易成本约为0.01美元。其他像Cosmos目前的成本在类似的价格维度内。

现在让我们看看保护和维护这些区块链所需的资金。

维持区块链所需的资金

工作量证明需要昂贵的硬件和大量电力，而在权益证明中，每个验证者的成本只是一个坚固而安全的硬件基础设施（不需要大量的计算能力），因此电费很小。

在比特币中，保护网络的成本大约为每年20亿美元硬件（平均寿命为18个月）和每年约40亿美元的电力成本（平均每千瓦时0.08美元）。

这将导致每年需要总共约6.5％的网络值来维护工作量证明区块链。

在权益证明中，所需资本仅为网络价值的0.1％左右。

通货膨胀成本以补偿矿工/验证人员

PoS网络的平均通货膨胀率为6％，而工作量证明网络的平均通货膨胀率为4％（粗略估计）。

由于区块链激励设计往往会随着时间推移降低通胀，我们可以说补偿矿工/验证人的通胀成本大致相等。这是因为工作量证明已经存在更长时间，而且权益证明通货膨胀也可能随着时间的推移而下降。

但在工作量证明中，所有未参与挖矿的投资者确实有效地将其投资稀释为通货膨胀百分比，而在权益证明中，投资者可以大部分时间不费力地参与投资，甚至获得投资回报。 。

考虑到6％的通货膨胀和50％的抵押参与率，抵押者们实际上有6％的净收益正盈余。

在工作量证明中，投资者实际上有一个约4％的负稀释。

7.治理

工作量证明中的协议治理分为多方：

A.矿工：决定确认哪些交易以及在哪些区块链上挖矿

B.用户：决定接受哪个协议作为原始协议以及要使用的生态系统中的哪些服务

C.基金会：决定对正在制定不同协议提案等的某些开发团队的资金分配

D.节点：决定运行哪些软件并通过API为用户提供服务

由于PoW中的投票权难以衡量，因此无法确定谁在各方中获得最多票数。但是，为了维护区块链并管理其所有庞大的物理资源和网络价值，双方之间仍需要达成共识。工作量证明中治理缺乏透明度和透明度导致协议设计和升级的进展非常缓慢。

权益证明治理也在上述所有各方之间分配，但治理机制往往更加结构化，因为我们可以根据1 币 = 1投票的简单规则进行投票和选择。

此外，在权益证明中，我们能够进行链上治理。 （注意：实际上，在工作量证明中也可以使用单独的投票机制，但是到目前为止还没有人实现它）。它允许创建和建议协议变更的提案，并对链上的那些进行投票。在连锁投票取得积极成果后，这些提案可以在链上自动实施。这种链式治理机制目前在Tezos中得到应用。

在权益证明中其他治理投票的例子是：

EOS（https://eosvotes.io/）

Decred（https://proposals.decred.org/）

Dash（https://www.dashcentral.org/budget）

Cosmos（https://hubble.figment.network/cosmos/chains/cosmoshub-2/governance）

采用清晰透明的投票设计进行的权益证明治理有利于在简化的流程中快速实施协议变更。

8.社区互动与参与

工作量证明中的矿工通常具有传统的商业心态。他们很乐意投资他们理解的传统业务，因为离工厂制造业务不远，容易理解。挖矿硬件将是技术如何生产商品，而更好的技术总是最有效的。廉价的电力是挖矿和工厂的必要资源。这些企业依赖于他们生产的商品的市场价格，就像生产传统工厂一样。就像他们成产钢材，那么他们生产钢材的积极性取决于钢价。

所以当然存在一定的风险。如果加密货币价格下跌，挖矿可能变得无利可图。但在大多数情况下，即使以市场价格立即出售所有币，它也是一项有利可图的业务。

如今成为矿工的人大多是拥有独家获得硬件和电力的人。他们没有很多动力参与社区活动。

如果他们真的相信相关资产的价值，那么只需直接投资资产就会更好。直接投资比特币已经超过了对挖矿的投资，我们预计这将在长期内持续。

另一方面，权益证明中的验证人更多地被视为投资者而非商人。他们需要深入了解基础资产的技术，为协议做出贡献并进一步发展。在大多数情况下，大型企业可以独家获得人才和研究。他们需要聪明。

在大多数协议中，他们需要自己持有大量代币才能接受来自其他投资者的更多受托人。通过抵押和运营抵押服务，资金在协议中被捆绑在一定的锁定期间，如果他们决定清算一些资金，他们可能无法为所有现有客户提供服务（例如在Tezos中需要一小部分自有资金）。

这将验证者转变为潜在原始资产的长期投资者。因此，他们获得了推动技术和价值向前发展的强大动力。通过这些激励措施，我们可以看到很

它与早期初创投资相当，VC支持其投资组合公司。这种叙述大多由Coinfund和广义矿业投资论文推广。

9.吸引力

谈到推出公链的最佳方式，我们必须考虑公众对加密货币的访问关注，从而推动项目落地以及开发资金。简单来说如何吸引大众参与。

启动工作量证明区块链非常简单。加密货币以0个币的初始量供应开始，每个人都有平等的参与权，并通过挖矿获得币（假设没有预挖）。这个过程被认为相对容易，公平和透明。

为了支持正在进行的协议研究和开发，可以实施开发补贴，例如Zcash，其中一小部分区块奖励直接发送给开发人员。

然而，权益证明的引导要复杂得多。由于我们要求多方从一开始就持有股份，因此必须在发布之前确定最初的币分配。

最常见的方式是代币销售（ICO，IEO，等等），其中最初的代币供应被出售并分发给投资者，开发者团体，基金会，顾问等。

由于有时候对大投资者有很高的投资要求和大额奖金，这些代币销售通常被认为是不公平的，并且限制了社区对链的访问热情。

归属期代币很少是透明的，有时会在之后发生变化。这意味着投资者对其真正的稀释（通过发布时间表的通货膨胀）保持沉默。

另一种代币分配机制是空投，人们或社区在没有直接投资的情况下接收代币。由于代币通常在未经接收方事先同意的情况下分发，并且数量非常少，因此总供应量的很大一部分很容易被遗忘或丢失。再次缺乏透明度，这似乎不是引导加密货币的最佳方式。

还有其他区块链自举机制出现，但它们仍然是一个很新的结论。一个是通过Cosmos引入的“跨链空投”通过Cosmos的Hard Spoon想法（但是要等到IBC上线才可以）。它将任何PoW或PoS链的账户余额复制到新的PoS区块链，其中新的代币具有互操作性和staking功能。

“Hard Spoon：一个考虑到现有产业链状态的新链;不是竞争，而是提供广泛的访问。“ - Cosmos网络Tendermint的Jae Kwon这样说。

10.环境

当我们研究确保一个公链的成本时，我们发现，由于硬件和电力成本，工作证明要昂贵得多。显然，这意味着工作量证明对环境也有负面影响。

尽管如此，我们相信，与我们从中获得的价值相比，这些电量是微不足道的。我们得到的价值是一个无需信任的、全球性的、不可变的账本，具有非常高的安全性。与金矿开采(与现有金融体系相关的成本)的各种比较，让PoW不那么负面。

但是仅仅从环境影响的角度来看，我们已经承认了权益证明的环境优势，因为它更加环保。

总结

在这篇文章中，我们比较了几个维度的工作量证明和权益证明。每一个都有优点和缺点，区块链未来公式算法应该不会只有一种。

我们坚信至少需要一条PoW链，最重要的当然是比特币。像比特币这样的PoW区块链提供了无与伦比的安全性和不变性，同时也可以作为全球结算层和单一事实来源。围绕比特币设想或最适合的内容存在多种愿景和争论。

无论比特币的愿景是什么，都很难说没有更灵活和可组合的区块链框架的需求，从而能够在其上开发和部署更高阶的应用程序。

使用PoS安全模型正在推出大多数追求精确视觉的新的突出区块链协议，结合以太坊向PoS的转变将大大增加区块链空间中PoS的总体份额。大多数第2层解决方案也实现了PoS的转变，这使得该主题成为区块链空间中不可或缺且不断增长的部分。

如果我们考虑区块链互操作性和特定应用区块链的未来，由诸如Cosmos和Polkadot之类的PoS协议提供支持，PoS的相关性甚至可能触及这样的经典PoW区块链，例如：比特币，Monero，zCash，因为这些可能需要互操作并需要自己的Zones/Parachains/Brigdes，使它们间接成为staking生态系统的一部分（例如Polkadot的“Polled security”）。

总结一下，这里是有益处的简短概括性总结，这可能是导致PoS如此重大转变的原因：

1. 能够获得staking奖励而不会被通货膨胀所稀释

2. 降低参与者参与的门槛

3. 由于共识管理者数量和交易吞吐量之间的健康平衡，平均可扩展性更高

4. 大型投资者和基础设施提供商的规模经济减少，这可能导致随着时间的推移中心化程度降低

5. 降低维护区块链的成本

6. 可以说是针对51％攻击的更高程度的安全性

7. 由于1 币 = 1投票规则，治理更加透明

8. 共识管理者（例如验证者）与整个社区之间更好的激励共识

9. 环境友好

值得注意的是，上述优点以一定的成本获得，并且大多数PoS区块链还没有PoW链的记录......随着整体空间的成熟，我们将看到PoW和PoS都会增长，并且随着我们通过陡峭的学习曲线集体变得更有效。没有任何一条链可以统治它们 - 所有这些，就像没有一种共识算法来统治它们一样。混合系统可能会受到欢迎，例如保持两个世界的元素（Lightning Network，Elastos合并挖掘，Decred PoS PoW等）......

本文编译自：https://blog.stakingrewards.com/research-report-breaking-down-differences-between-pow-and-pos/

对于PoS 和PoW你的看法是怎样的呢？