共识算法对比：PoW vs PoS vs PoH

原文：https://www.cultofmoney.com/proof-of-work-vs-proof-of-stake-vs-proof-of-history/ <br/>翻译：李留白

一旦你开始进入加密货币领域，你就不可避免地会听到工作证明（PoW）、权益证明（PoS）和历史证明（PoH）等术语。

对于新投资者来说，这听起来可能像是你不需要知道的复杂术语。然而，这些协议对于比特币和以太坊等流行的加密货币如何运作至关重要。事实上，正是这些协议在不需要第三方的情况下验证区块链交易，帮助加密货币保持去中心化。

最终，你对PoW与PoS与PoH之间的差异了解得越多越好。加密货币是一个新兴的资产类别，有着令人难以置信的机会。但是，了解幕后的技术是至关重要的，这样你才能做出明智的投资决定。

什么是共识机制？

共识机制，也被称为共识算法，是网络中的节点如何就哪些区块链交易是有效的这一问题来达成共识。

记住，区块链基本上是一个信息的数字账本，分发给网络中的每个人。这意味着每个节点都具有区块链状态和之前交易的相同描述。为了更新这个账本并保持它的普遍一致性，网络中的节点必须就哪些新区块是有效的并应被添加到链上达成一致。

为了达成共识，一个网络上至少有51%的节点必须同意一个区块是有效的，应该被添加到账本中。

这就是对什么是共识机制以及它们在加密货币中如何使用的简单解释。然而，不同的加密货币有不同的共识机制，这对能源使用、安全性和可扩展性具有重大影响。

什么是工作证明（PoW）？

工作证明（Proof-of-Work）可能是大多数初级加密货币投资者所熟悉的，因为它是比特币和以太坊使用的共识机制。当你听到人们谈论以太坊和比特币挖矿时，这也是一种正在发挥作用的机制。

PoW是如何工作的？

通过工作证明，有交易的区块在被添加到链上之前必须经过网络参与者的验证。为了验证区块，验证者使用计算能力来解决复杂的密码学难题。当参与者成功验证了一个区块，该区块就会被添加到链上，参与者就会收到比特币作为奖励。

这种用计算能力解决复杂问题以换取区块奖励的过程就是挖矿。在比特币的例子中，随着流通的BTC总量的增加，每四年左右完成一个区块的挖矿奖励就减半。目前，矿工成功验证一个区块可以得到6.25个BTC。

工作证明是非常耗能的。为比特币等加密货币挖矿的计算能力（被称为算力）是巨大的。这导致全世界的能源支出增加。这也影响了全球的GPU市场，因为矿工购买昂贵的计算机硬件来更有效地挖矿。

能源消耗是工作证明的一个弊端。此外，PoW遵循一个 "最长链 "规则，即区块链中最长的链被用户视为有效链。这意味着PoW加密货币更容易受到51%的攻击，当一个实体达到总算力的51%，用欺诈性的区块建立最长的链，并双重花费他们的加密货币就会发生这种攻击。

最后，PoW因缺乏可扩展性而受到批评。例如，比特币矿工平均每10分钟验证一次区块，而PoS和PoH验证交易的速度快得多。很明显，这就是为什么比特币和以太坊不是进行大量日常交易的理想选择，特别是当你考虑到ETH gas费用等成本时。

工作证明（PoW）的优势和劣势

优势

• 安全性：在拥有大量多样化算力的成熟加密货币上，发生51%攻击的几率是不可能的。
• 奖励矿工：PoW让矿工们通过验证区块链交易获得奖励，从而激励人们帮助验证区块并保持平稳运行。

劣势

• 入行门槛：如今，全球采矿运营部门掌握着比特币和以太坊等加密货币的大部分算力。作为一个独立的矿工，在硬件和电力成本方面都很昂贵。
• 能源消耗：加密货币挖矿经常因其对环境的影响而受到批评。事实上，比特币挖矿使用的电力比一些国家还要多!
• 验证时间：用PoW验证区块对比特币来说需要几分钟。这意味着像比特币这样的加密货币更多的是作为一种价值储存，而对于进行多次快速交易来说并不那么有用。

什么是权益证明（PoS）？

工作证明（Proof-of-Stake）是工作证明的主要替代品，是Algorand、Cardano、Solana和Tezos等加密货币用于验证交易的共识机制。

为了提高可扩展性和安全性，以太坊在其以太坊2.0升级中也从PoW转为PoS。

PoS是如何工作的？

通过Proof-of-Stake，储户就像加密货币矿工一样，只是锁定了他们拥有的加密货币作为验证器节点。验证一个新区块并获得区块奖励的可能性取决于你押注的加密货币的数量。这意味着你持有的加密货币和赌注越多，你被选为验证区块的机会就越大。

权益证明和工作证明之间的主要区别是，PoS不需要几乎那么多能耗来验证区块。这是因为建立者使用智能合约锁定资金，不需要使用采矿来解决能源密集型的加密问题。

PoS也比PoW更具可扩展性，因为PoS允许每秒钟有更多的交易（TPS）。虽然验证一个比特币交易需要10分钟左右，但Cardano的TPS约为257。而以太坊的创始人Vitalik Buterin认为ETH 2.0的升级将促进ETH的TPS达到10万。

最后，你可以提出这样的论点：PoS是一个更公平的共识机制，因为它真正奖励了利益相关者。有了PoW，大型实体占据了很大比例的算力，而且进行挖掘的成本很高。但有了PoS，即使是初级投资者也可以独立地或通过赌注池为他们的加密货币赌注，以获得奖励。

此外，PoS作为一个额外的安全层可以提供保护。在PoS加密货币上发生51%的攻击的几率对于成熟的代币来说是不可能的。这是因为攻击者必须拥有被押注的加密货币的51%。这不仅是非常昂贵的，而且当你是一个重要的利益相关者时，攻击一个加密货币并可能降低其价格是适得其反的。

权益证明（PoS）的优势和劣势

优势

• 效率：PoS比PoW更节能，因为验证者不需要用计算能力解决复杂的加密问题。
• 可扩展性：PoS网络在实际添加区块之前就达成了共识，因此每秒钟可以处理的交易比PoW多得多。
• 安全性：你必须是一个利益相关者才能参与赌注，这种自我管理的制度自然会提高安全性。

劣势

• Nothing-At-Stake问题：理论上，如果一个PoS加密货币分叉，押注者可以专注于验证一个链而不是同时验证多个链。这有可能为双花攻击提供便利，因为攻击者可以用他们的加密货币在一个分叉上购买东西，将相同的加密货币发送到第二个分叉，然后将他们的赌注力量用于第二个分叉。如果第二次分叉成为最长的链，它就会被网络接受，而第一次分叉的交易就会被退回。
• 财富集中：PoS的另一个潜在问题是，最大的利益相关者会获得最多的回报。这种 "富人更富 "的情况在默认情况下并不是一个问题。然而，这会造成并且推动那些控制着大量各种加密货币供应的人成为巨头。

什么是历史证明（PoH）？

历史证明是一种共识机制，Solana是市值最大的加密货币之一，它与PoS一起使用，以帮助解决区块链的普遍时间问题并提高网络速度。

Solana的优势在于它的效率极高。由于使用PoH和其他创新，它处理交易的速度比比特币和以太坊等加密货币快得多。

PoH是如何工作的？

在Solana的白皮书中，创始人Anatoly Yakovenko解释了PoH如何利用可验证的时钟创建一个账本，以便网络中的节点知道记录的时间流逝，而不必依赖其他节点。

简而言之，通过PoH，节点有自己的内部时钟来验证事件和时间的推移。该证明使用可验证的延迟函数（VDF）对传入的事件进行散列，同时记录下事件发生的时间。当其他节点查看哈希值的序列时，他们可以立即知道事件发生的顺序，而不需要与其他节点验证时间。

由于很多讨论PoH的作者都是工程师/程序员/密码学者，所以阅读起来可能非常混乱。但是下面这个Solana的视频本身就是一个简短扼要的解释，可以帮助任何人更好地掌握PoH的工作方式。

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Solana还有其他一些技术创新来提高效率。例如，它使用Turbine协议，该协议将数据压缩为更小的大小，以降低带宽需求并提高TPS。它还使用Sealevel，它允许智能合约并行运行。

由于所有这些改进，Solana可以实现超过60,000TPS。快速的交易速度和难以置信的低费用是Solana经常被其倡导者称为 "以太坊杀手 "的原因。

但尽管Solana的效率很高，但在这一过程中也遇到了一些坎坷。2021年9月14日，Solana的网络崩溃，脱机17小时。这次崩溃是由一个机器人攻击造成的，该攻击基本上是以每秒超过40万笔交易攻击网络，导致验证器崩溃并使网络停滞。

此次崩盘导致Solana市值损失约200亿美元。尽管Solana的价格已经回升，但这显现出Solana仍处于婴儿期，可能会经历更多的成长痛苦。

历史证明（PoH）的优势和劣势

优势

• 费用低：Solana的费用明显低于以太坊等其他加密货币。这使得它对于经常性的消费或转移资金更加可行。
• 可扩展性：每秒更多的交易增加了加密货币的可扩展性。

劣势

• 中心化的担忧：Solana目前有不到1200个验证者来验证其网络上的交易。
• 更少的去中心化应用程序（DAPP）：Solana通常被称为以太坊杀手，根据其网站，在Solana上构建了350多个DAPP。相比之下，以太坊上有近3000个DAPP，而这正是DeFi目前需要更多开发时间和创新的地方。

这些对投资者意味着什么？

工作证明（Proof-of-Work）、权益证明（Proof-of-Stake）和历史证明（Proof-of-History）等术语可能看起来像纯粹的行话。但对于任何资产类型，了解您实际投资的是什么以及为什么它首先可能是有价值的，这一点很重要。对于加密货币，这意味着了解不同项目背后的基本技术。

此外，像PoS和PoH这样的创新，除了在交易所购买加密货币，还创造了新的机会。例如，通过押注，你可以用你的加密货币赚取被动奖励。你还可以调查基于借贷的平台，如BlockFi和Celsius，让你存入你的加密货币以赚取利息。

总之，工作证明和比特币为加密货币的共识机制奠定了基础。但这个领域仍在快速发展，投资者在选择投资之前，至少应该考虑到代币验证技术的长期可行性。