维塔利克：以太坊从POW过渡到POS的三个关键原因

翻译前言：以太坊2.0定金合同正式发布后，以太坊朝POS系统转迈出了一大步，以太坊的共同创始人维塔利克·布特林在其新发表的文章中总结了以太坊从目前POW系统向POS系统转变的原因，他认为，在相同的成本条件下，POS提供了更好的安全性，并能抵抗潜在的攻击。另外，POS系统在受到攻击后恢复速度更快。**一个优势是POS比ASIC挖矿更去中心化（注：不包括GPU挖矿）。不过，维塔利克也指出，pow系统有两个可能的优势，但这些优势还不足以使以太坊留在pow系统中。

利益证明机制与工作证明协商机制相比，利益证明机制是一种优越的区块链安全机制，其主要原因有三个

1同时，POS提供更好的安全性

最简单的方法是将POW和POS放在一起，以查看网络中攻击的成本，在网络中，块奖励为每天1美元。

基于GPU的工作量验证

你可以便宜地租一个GPU，所以攻击网络的成本是租用足够的GPU电力，以超过现有矿工的成本。每获得1美元的区块奖励，现有矿工的成本应该接近1美元（如果他们花费更多，矿工将因为无利可图而退出；如果他们花费较少，新矿工就可以加入进来，赚取高额利润）。因此，攻击网络的成本不是很高，只需几个小时。

攻击总成本：假设攻击持续6小时，大约为0.26美元。当攻击者获得块奖励时，它可能会减少到零。

基于ASIC的工作量证明

ASIC是一种资本成本：当你购买ASIC矿工时，你可以期待它在两年内可用，直到它磨损或被更新的、更好的硬件所取代。如果区块链受到51%的攻击，社区可能会通过更改pow算法做出响应，而您的ASIC挖矿程序将失去其价值。平均而言，三分之一的挖矿成本是持续成本和三分之二的资本成本（见本文）。因此，矿工们每天要获得1美元的区块奖励，每天将花费约0.33美元用于电力+维护，ASIC挖矿机每天花费约0.67美元。假设ASIC矿工的使用寿命为两年，那么一家矿业公司必须花费486.67美元购买此类ASIC硬件。

攻击总成本为：486.67美元（ASIC硬件成本）+0.08美元（电源+维护费用）=486.75美元。

随着加入门限的提高，ASIC提供了更高的安全级别，中心化成本也越来越高。

利息证明（POS）

POS几乎完全是资本成本（货币存放），唯一的运营成本是运行节点的成本。现在，人们愿意一天一美元的奖励锁定多少钱？与ASIC矿业公司不同，存款货币不会贬值。当你完成承诺时，你可以在短时间内收回它。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（这是以太坊2.0的预期回报率），每天1美元的奖励将吸引6.667年的存款，约合2433美元。节点的硬件和电源成本非常小。一台价值1000美元的电脑可以保证几十万美元的存款，每月大约100美元就足以支付电费和互联网费用。我们可以保守地说，这些持续成本占总投资成本的10%左右，这意味着我们每天只有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10%左右。

攻击的总成本为：0.90美元/天*2433.455天（6.667年）=2189美元

从长远来看，随着分期付款变得更加有效，人们对较低的回报感到满意，预计这一成本会更高。我个人预测这个数字最终会上升到1万美元左右。

请注意，这种高安全级别的唯一“代价”是站立时无法随意移动货币所造成的不便。甚至有可能是公众知道这些硬币是锁着的，导致货币升值，从而使流入社会和准备生产性投资的资金总量保持不变！在POW制度中，共识的“代价”是真实的权力被疯狂地消耗。

更高的安全性还是更低的成本？

请注意，有两种方法可以将系统的安全成本比提高5-20倍。一是保持区块奖励不变，但增加安全性。另一种方法是显著减少块奖励（导致共识机制的“浪费”）并保持安全级别不变。

两种方法都可以，我个人更喜欢后一种方法，因为我们将在下面看到，在权利证明（POS）中，即使是成功的攻击也比工作证明（POW）攻击的危害小得多，恢复也更容易。

2权利证明（POS）系统在受到攻击后更容易恢复

在POW系统中，如果您的区块链遭受51%的攻击，您会怎么做？到目前为止，实践中唯一的反应就是等待攻击者感到无聊。然而，这忽略了一种更危险的攻击可能性，即所谓的“巢穴攻击”，即攻击者一次又一次地攻击区块链，目的是使区块链变得无用。

在基于GPU的挖矿系统中，没有办法对此进行防御，持续的攻击者很容易使区块链**失效（或者，更现实地说，切换到权利证明或权威共识机制）。事实上，在最初几天之后，攻击者的成本可能会变得非常低，因为诚实的矿工将退出（因为他们在攻击期间无法获得奖励）。

在一个基于ASIC挖矿的系统中，社区可以响应第一次攻击，但它也是一种攻击。社区需要改变pow算法，通过硬分叉来处理第一次攻击，从而“阻止”所有ASIC（攻击者和诚实的矿工！）。但是，如果攻击者愿意承担初始代价，那么之后，情况又回到GPU的情况（因为没有足够的时间为新算法构建和分发ASIC），所以在这种情况下，攻击者仍然可以廉价地继续巢穴攻击。

然而，就POS而言，情况要好得多。对于某些类的51%攻击（特别是最终确定的块的恢复），POS一致性证明系统中有一个内置的“惩罚和没收”机制，通过该机制，攻击者的大部分质押权益（而不是其他人的质押权益）将被自动销毁。对于其他更难检测的攻击（尤其是51%的联盟审查攻击），社区可以协调几个用户激活soft fork（uasf），在这种情况下，攻击者的资金再次被大量销毁（在以太坊中，这是通过“空闲泄漏机制”完成的）。没有必要“摧毁货币的硬叉”。除了需要在uasf上协调选择几个块外，其他一切都是自动的，只需要遵循协议规则。

因此，对区块链的第一次攻击将使攻击者损失数百万美元，社区将在几天内恢复。对区块链的第二次攻击仍将使攻击者损失数百万美元，因为他们需要购买新的货币来替换已被摧毁的旧货币。再一次，第三次，第四次它花费了攻击者数百万美元，而且这个游戏非常不对称，对攻击者不好。

3兴趣证明（POS）比ASIC挖矿更去中心化

基于GPU的工作负载已经被证明是合理的去中心化（获取GPU不是很困难），但是基于GPU的挖矿并没有达到前面提到的攻击防范的安全标准。另一方面，基于ASIC的矿业需要数百万美元的资本进入。

这也是对“POS导致富人富起来”这一普遍观点的正确回应：ASIC挖矿也意味着富人越来越富，而这场游戏更倾向于富人。至少在POS系统中，要求的**抵押金额相当低，很多普通人都能做到。

此外，事实证明，POS的共识更倾向于反审查。GPU挖矿和ASIC挖矿都非常容易检测：它们需要大量的功耗、昂贵的硬件采购和大站点。相比之下，POS分期可以在不起眼的笔记本电脑上完成，甚至可以通过v.p.n。

pow可能的优点

我认为POW有两个主要的真正优势，尽管在我看来，它们也相当有限。

1POS系统更像是一个“封闭式”系统，从长远来看，这会导致财富更中心化

在POS系统中，如果您有一些硬币，您可以选择质押并获得更多。在POW，你总是可以赚更多的钱，但你需要一些外部资源来做。因此，在POS系统中，代币分配可能会变得更加中心化。

我看到的主要反应是，在POS中，总体回报（即验证者的收入）将相当低。在以太坊2.0中，我们预计验证者的年总收入相当于以太坊总供应量的0.5-2%。而且，参与分期的考官越多，他们得到的利润就越少。因此，货币的中心化度可能需要一个多世纪的时间，而在这个时间框架内，其他压力（想花钱、把钱分给慈善机构或其他方式）可能占主导地位。

2POS需要“弱主观性”，而POW不需要

关于“弱主观性”概念的初步介绍，请参阅此处。本质上，当一个节点第一次上线，以及在长时间（即几个月）离线之后的任何后续时间，该节点必须找到一些第三方资源来确定正确的区块链。这可能是他们的朋友，可能是交易所或区块链浏览器网站、客户端开发人员或其他参与者，而POW没有这个要求。

然而，这可以说是一个非常薄弱的要求。事实上，用户已经需要在这种程度上信任客户端开发人员或社区。至少，用户需要信任某人（通常是客户端开发人员）来告诉他们协议是什么以及对协议的任何更新。

在任何软件应用中，这是不可避免的。因此，POS所要求的边际附加信任仍然很低。

然而，即使这些风险确实很大，但在我看来，这些风险是次要的，因为POS系统可以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好处。

另请参阅我之前关于POS共识机制的文章。

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