本文详细比较了两种主要的区块链Sybil抵抗机制：工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）。文章探讨了它们的工作原理、优缺点及各自对区块链安全性的影响，并对二者如何防止Sybil攻击进行分析。最后，文章强调了这两种机制在去中心化方面的重要性。
权益证明 (PoS) 与 工作量证明 (PoW) - 完整比较
在本指南中，我们探讨了工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 之间的区别，这两种 Sybil 抗性机制被用于区块链网络。
工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 是任何区块链共识算法中 最流行的 Sybil 抵抗机制 之一。
我们并没有说“这两种是区块链共识算法。” 一个常见的误解是 PoW 和 PoS 本身就是区块链共识算法； 这是错误的。
在本文中，我们将探讨 工作量证明和权益证明之间的差异，分析它们的优缺点以及它们如何增强 区块链架构 的安全性。
什么是区块链共识？
区块链共识算法 是以下内容的组合：
- Sybil 抵抗机制
- 链选择规则
“Sybil 抵抗机制” 是一种帮助防止 Sybil 攻击 的系统，Sybil 攻击中 一个用户假装成多个用户。在区块链中，我们希望我们的系统是去中心化的，因此我们需要一种确保系统中的不同节点都是不同人的方法。
比特币使用工作量证明 (PoW) 来确保这一点，用户必须运行计算资源密集型的算法。由于这些算法需要大量的资源（电力、硬件成本等），单个用户很难假装成多个用户，而不购买很多硬件和电力。
以太坊和许多与 EVM 兼容的链使用权益证明 (PoS)，每个节点必须提供大量有价值的 ETH 作为抵押。每个以太坊节点，用户需要“抵押” 32 个以太坊 - 这有助于防止 Sybil 攻击，因为如果一个用户想假装成多个用户，他们需要拥有巨额财富。
“Sybil 攻击”这个名称灵感来源于 1973 年一本名为《Sybil》的书，书中的女性被诊断患有分离性身份障碍。
51% 攻击防御
特别是，Sybil 抵抗机制的实现是为了确保没有用户或实体能够控制整个网络。在许多区块链设置中，如果一个实体控制超过一半的网络，它可以利用这种权力进行恶意操作。这被称为“51% 攻击”。 Sybil 抵抗机制必须使单个用户或实体难以控制超过 51% 的区块链网络。
有趣的是，从技术上讲， 比特币和以太坊网络已经是 51% 攻击的受害者。所有区块链节点都是由地球上的人类运行的，这意味着“人类”实体已经超过了 Sybil 抵抗！
什么是工作量证明 (PoW)？
工作量证明 是区块链网络中的原始 Sybil 抵抗算法，著名地实现于 比特币。第一个共识算法是通过将其与“最长链规则”结合而创建的 - 其中最长链被视为“真实”的比特币链。PoW 要求参与者（矿工）解决复杂的数学难题以验证交易和创建新的区块。
PoW 如何工作？
- 矿工竞争解决密码学难题。
- 第一个解决难题的矿工获得将新块添加到区块链的权利。
- 成功的矿工将获得新铸造的加密货币和交易费用作为奖励。
你可以在 Cyfrin Updraft 的 区块链基础课程 上查看 PoW 链工作的示例。
工作量证明的优缺点
优点：
- Sybil 抵抗：PoW 提供了高水平的 Sybil 抵抗。挖矿所需的努力（工作）使得尝试恶意攻击极其昂贵和耗时。
- 去中心化：通过允许任何拥有计算能力的人参与挖矿，PoW 被认为是最去中心化的 Sybil 抵抗方法。
缺点：
- 能源消耗：PoW 以其高能耗而臭名昭著，导致人们对其环境影响的批评。
- 可扩展性：PoW 的缓慢和资源密集型特性限制了交易处理速度和可扩展性。
- 中心化风险：尽管我们刚刚说去中心化是优点，但特殊硬件适合挖矿的事实常常导致那些制造最佳硬件的团体在网络上拥有最多的权力。
什么是权益证明 (PoS)？
人们可以看着 PoW 说，“如果我买够多的硬件和电力，我可以运行多个节点。” 从某种意义上说，PoW 只是“如果你有钱，并且你把这些钱花在硬件上，花钱就证明你不是多个实体”的扩展。正因如此，人们可以认为 PoW 的 Sybil 抵抗只是“ 花钱买硬件。” PoS 则试图去除花钱买硬件的中介，让用户直接花钱或“抵押”他们的钱在协议中以证明他们不是多个用户。
与依赖 计算能力 相比，PoS 要求 验证者 持有并“抵押”区块链的本地加密货币以参与共识过程。
以太坊是一个流行的 PoS 链之一，使用 Gasper 作为其共识算法。Gasper 结合了友好最终性工具 Casper（Casper-FFG）和 LMD-GHOST 链选择算法。这两个组件共同形成了保障权益证明以太坊的共识机制。Casper 是 PoS 的 Sybil 抵抗机制，LMD-GHOST 链选择算法是链选择规则 - 这两个规则是任何共识算法所需的！这两个规则有些复杂，我们在这里不会讨论，但你可以在 以太坊文档 中阅读更多。
PoS 如何工作？
- 验证者根据多个因素（包括其抵押币的数量）被选为创建新块。
- 验证者提供抵押作为安全保障；恶意行为可能导致失去部分持有的资产。
- 与 PoW 类似，成功的验证者会获得奖励，但能源成本显著降低。
工作量证明的优缺点
优点：
- 能源效率：PoS 消耗的电力远低于 PoW，更符合全球可持续发展目标。
- 可扩展性：PoS 在没有密集的计算任务的情况下可以更快地处理交易（可以说）。
- 降低的中心化风险：由于节点不再需要购买昂贵的挖矿设备，因此更去中心化。
缺点：
- 前期成本风险去中心化：在 PoW 中，任何拥有计算能力的人都可以加入并获得奖励。在 PoS 中，参与所需的前期抵押通常对世界上的大多数人来说过高，从而增加了中心化。
工作量证明与权益证明
正如我们所见，工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 都是用于 区块链网络 的 Sybil 抵抗机制，每种机制都有独特的优点和权衡。
以下是它们主要特征的比较：
工作量证明 (PoW)：
- 机制： 矿工解决复杂的数学难题。
- 安全性： 由于计算和能源成本高，对于 Sybil 攻击的成本很高，安全性强。
- 优点：
- 强大的 Sybil 抵抗
- 通过允许任何拥有计算能力的人参与实现去中心化
- 缺点：
- significant energy consumption
- 由于对专用硬件的需求而导致的中心化风险
- 由于资源密集性过程的可扩展性问题
权益证明 (PoS)：
- 机制： 验证者根据其抵押的加密货币数量进行选择。
- 安全性： 验证者提供财务抵押，降低了恶意行为的动机。
- 优点：
- 能源高效
- 更快的交易处理
- 与 PoW 相比，进入门槛较低，潜在地减少中心化
- 缺点：
- 由于需要高额的财务抵押而可能导致的中心化
- 拥有更多抵押的验证者对网络有更大的影响力
这两种机制都旨在防止 Sybil 攻击并确保去中心化，但通过不同的方法以及对安全性、效率和公平性的不同影响实现这些目标。
总结
工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 是 Sybil 抵抗机制，常常与共识算法混淆。它们只是共识算法的一部分，是确保区块链去中心化的关键机制。如果使用了不良的 Sybil 抵抗方法，你将创建一个不去中心化的区块链！
