什么是权益证明（PoS）？优势、质押及其对区块链的影响_新闻

权益证明（PoS）的兴起与发展

权益证明（Proof-of-Stake，PoS）是区块链领域最受欢迎的共识算法之一，以太坊、卡尔达诺、索拉纳、特所思和阿尔戈兰德等众多加密货币和区块链平台都基于此算法。PoS的流行源于其无需购买昂贵的挖矿设备，且通过质押加密货币即可轻松获得被动收入。与另一种流行的共识算法工作量证明（Proof-of-Work，PoW）相比，PoS的优势在于生成区块和保护区块链所需的能耗较低。

PoS的起源

在设计区块链架构时，即一种用于传输的去中心化协议，并具有持续更新的数据库，两个关键问题随之而来：

1. 根据什么原则授予生成新区块的权利；

2. 如何批准交易以防止双花和其他滥用行为。

解决这些问题催生了几种共识机制，即去中心化网络参与者就如何批准交易并将其纳入新区块达成一致的一套规则。

比特币的创造者中本聪在2008年10月发布的第一份加密货币白皮书中提出了工作量证明机制。根据PoW，去中心化网络的节点运营商（矿工）在自由竞争模式下解决资源密集型的数学问题——通过匹配方法搜索区块的哈希值。成功者将获得添加新区块的机会，并作为回报获得新比特币的奖励。

比特币推出几年后，人们发现PoW原则导致挖矿算力不断增加，从而推高了能源成本。此外，由于需要使用强大的设备，挖矿的普及性逐渐降低。

2011年7月11日，在当时流行的加密货币论坛Bitcointalk上，有人提出了比特币的替代共识机制，即权益证明（PoS）。该机制建议，去中心化网络的所有参与者应根据其持有的代币比例获得投票权。

2012年8月，这种新的共识机制在PPCoin加密货币中首次实现。新代币通过挖矿分发，任何存储PPC加密货币的节点都可以处理交易。其他早期的PoS项目，如Gridcoin和Blackcoin，也采用了这种混合共识方案。2013年11月24日，首个“纯”PoS加密货币Nxt区块链上线。

PoS共识机制因其成功和灵活性，在随后的几年中被数百种加密货币以不同的变体和修改形式采用。

PoS的工作原理

根据PoS的原始概念，区块链的管理权根据参与者持有的代币比例授予。例如，在Nxt加密货币中，使用其“经典”PoS机制，所有在官方NXT客户端钱包中持有至少1002 NXT的用户，在最近1440个区块期间都有机会形成另一个区块。在这种情况下，每个钱包实际上都是一个完整的节点，并存储自己的区块链副本。这种钱包可以在高性能服务器、笔记本电脑、树莓派微型计算机甚至云服务上运行。

NXT钱包中的代币越多，它被允许形成新区块的可能性就越大，用户将获得该区块中所有交易的交易费用。理想情况下，拥有1%代币的钱包将形成1%的新区块。

在Nxt和其他早期PoS加密货币中，创建区块的过程被称为“分叉”，但该术语至今很少使用。将加密货币保存在钱包中以获得参与网络安全的奖励的过程被称为“质押”。如今，在许多PoS加密货币中，将代币发送到质押涉及将其锁定在特殊的智能合约中，无法在一定时间内移动，从几小时到几周不等。

代币委托对PoS性能的影响

使用PoS机制，几乎任何加密货币持有者都可以成为区块生产者，这有助于实现高度的去中心化和区块链安全性。然而，根据区块链三难困境，这样做必须牺牲性能。在上述Nxt加密货币网络中，吞吐量仅为每秒4笔交易，明显低于许多使用PoW共识的加密货币。例如，狗狗币每秒处理33笔交易。

为了在去中心化和性能之间找到平衡，人们提出了委托的概念，即多个钱包的代币及其投票权可以委托给少数计算节点。2013年，美国程序员和加密企业家Daniel Larimer利用这一概念创建了委托权益证明（DPoS）机制。它首先在BitShares区块链平台中实现，随后以不同的变体体现在最著名的加密项目EOS、卡尔达诺、特所思等中。如今，委托功能已成为行业标准，几乎在所有PoS实现中使用。

在DPoS中，加密货币所有者可以选择不亲自参与网络，而是将他们的代币交给验证者——管理区块链节点的专业参与者。作为回报，验证者有义务向代币所有者提供奖励，通常扣除少量佣金。

根据区块链架构的不同，参与区块生产的验证者数量差异很大：Polkadot最多16个；BNB Chain和EOS为21个；Near为100个；卡尔达诺约3200个；Avalanche约1200个；索拉纳超过3400个；以太坊超过40万个。

通常，运行验证者需要具有恒定互联网访问权限的特殊设备，以及大量原生网络代币。例如，以太坊网络上的验证者必须至少拥有32 ETH，而特所思验证者必须至少拥有8000 XTZ。

PoS与质押

为了补偿计算节点验证交易和生成新区块的成本，大多数PoS区块链都有以网络原生代币支付的奖励。通常，每个区块的奖励大小是固定的，但可以根据网络的当前参数而变化。

例如，在区块链平台Tron中，生成下一个区块并处理交易的超级代表（在这种情况下称为验证者）获得32 TRX。他将这部分金额与将TRX投入质押并因此投票给他的用户分享。

验证者和代币持有者的质押收益率由两个因素决定：

1. 发行率，由每个新区块发行的固定代币值决定；

2. 流通中代币被锁定在质押中的比例（质押比率）。

例如，如果每年通过质押发行100万枚代币，总供应量为1亿枚代币，50%的代币被锁定，则质押的年收益率为2%。如果25%的供应量被锁定，收益率将翻倍至4%。

PoS的变体

基于PoS和委托原则，已经开发了许多共识机制，它们在去中心化网络参与者的角色分配等方面有所不同。举几个例子：

1. 租赁权益证明（LPoS）——用于Waves区块链，用户将代币租给验证者以获取费用；

2. 提名权益证明（NPoS）——用于Polkadot区块链平台，涉及所谓的提名者，他们为验证者发布质押并对其诚信负责；

3. 纯权益证明（PPoS）——用于Algorand网络，其中下一个区块的验证者在所有余额大于1 ALGO的钱包中秘密随机选择；

4. 有效权益证明（EPoS）——用于Harmony区块链平台。它具有特殊的奖励分配机制，鼓励运行许多小型验证者而不是少数大型验证者，从而促进去中心化；

5. 权威证明（PoA）——一种混合算法，结合了权益证明和声誉验证者，每个验证者都必须经过开发者的批准。在PoA中，验证者必须经过类似于KYC的身份验证过程。BNB Chain使用此算法。

比特币和其他加密货币能否转向PoS？

由PoW算法驱动的加密货币挖矿的高能耗多年来一直受到批评。根据剑桥替代金融中心的研究，比特币挖矿占所有人为二氧化碳排放量的0.1%。正是这一因素成为各国试图禁止挖矿的主要论据之一。因此，到2021年底，中国禁止了加密货币挖矿。2022年3月，欧洲议会就禁止加密货币进行了投票。尽管该法案未获支持，但它标志着将PoW排除在合法领域之外的趋势。

自2022年9月15日以太坊网络成功过渡到PoS共识以来，网络的能耗降低了近2000倍，即99.95%。在这方面，关于流行的PoW加密货币转向PoS的讨论再次展开。

早在2021年12月，模因加密货币狗狗币的开发者就宣布即将过渡到PoS算法。以太坊联合创始人Vitalik Buterin决定在这一过程中提供帮助。匿名加密货币Zcash的开发者Electric Coin Company也在与社区讨论转向PoS的前景。根据创始人Zuko Wilcox的说法，这不仅会提高区块链的安全性和能源效率，还会帮助ZEC所有者参与协议的管理。

最大的疑问是比特币是否可能转向PoS。首先，第一种加密货币没有单一的开发者。几个独立的开发者小组讨论所有提出的创新，因此即使是最小的创新也会引发激烈争论并耗时数年；其次，转向PoS不会得到矿池的支持，因为它们面临收入损失的风险。值得注意的是，早在2020年，一组开发者就推出了比特币PoS的分叉，但加密社区对此置之不理。

与此同时，PoW的支持者指出，该算法具有更高的安全性：在当前比特币网络极度去中心化的情况下，它几乎不受外部攻击的影响。

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