如何在区块链网络中实施权益证明和工作量证明

目前，以太坊正在考虑采用一种新的方法来验证其网络内的交易，从而降低能耗并实现每秒更多的交易次数。这个新的方法被称为权益证明（PoS）。然而，目前大多数区块链采用的是当前一致的算法，即工作量证明（PoW），随着时间的推移已经证明其可靠性，区块链社区担心采用PoS可能带来安全风险。

PoW是一种确认你做了多少工作量的证明，因为您已经付出了努力，因此您可以验证交易。最初由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年提出，后来由Satoshi Nakamoto在2008年由比特币发布实施。PoS允许个人投入或”融资”一定数量的货币作为保险，然后获得信任以验证交易。

我们将考虑如何在区块链网络中实施它们，同时考虑到它们的实施可能带来的风险以及可能解决的方案。

从构思到实施

PoW并不是什么新鲜事。每当我们在网上遇到它时，我们通常会对它感到恼火。验证码是POW最基本的应用，这是一个较小版本的PoW，用于证明我们是人类。通过让你选择那些无聊的选项，验证你实际上是”人”而不是机器，当你选对正确的答案时，你被证实是一个人，并可以在网上继续上网。

在区块链中，这要复杂得多。在区块链网络中，有许多节点彼此互连。在该网络中共享处理能力的节点可以称为矿工，他们是执行PoW以验证事务并为区块链找到下一个块的新哈希节点。当他们成功完成每项计算时，他们会获得加密货币奖励，鼓励矿工继续采矿。

为了让数字货币不那么快的被开采完，设计者设计随着时间的推移，计算难度增加，这意味着想要计算出各个节点需要更强大的算力才能成为第一个完成PoW的人。用个人计算机的矿工逐渐被淘汰，拥有一排排强大处理器的巨型采矿仓库成为主流。这一点似乎打破了分散加密的目的，因为唯一具有这种购买力的人是大公司。矿工们现在只能将他们的处理能力集中在一起，这样他们作为一个集体，集中所有的算力，才可以完成PoW并分配奖励。

工作量证明（Proof-of-Work）

用以太坊和比特币作为采矿业的例子，这些业务在能源消耗和采矿池规模方面已经达到荒谬的水平。对于以太坊，估计采矿总成本（2，277，959，012美元）超过了可用于采矿的年度奖励（1，378，876，829美元）。以太坊采矿能耗似乎接近冰岛的能源使用量。

比特币方面，由于估计的采矿成本（3，656，073，069美元）仍然低于年度奖励（4，769，978，010美元），比特币仍有利可图。比特币能耗估计与奥地利相似。

由于PoW只会变得更难并且需要更多的处理能力才能完成，因此除非在处理能力或能源生产方面取得了一些翻天覆地的技术革命，否则能耗是不可能合理的。

PoW容易受到分布式拒绝服务（DDoS）攻击，即黑客控制着51％的区块链网络。黑客将能够进行他们希望的任何交易，包括双重花费并删除分类帐的历史记录。

这种攻击会适得其反，因为它会使有问题的加密货币贬值。但是，由于矿工显然希望加入最大的矿池以获得更高的奖励机会，因此目前矿池规模不断扩大是最令人担忧的。目前，在Etherium上只需要3个矿池即可达到51％。很明显，矿池中的每个人都希望保持现状并获得奖励，但某个矿池达到51％在未来是可能存在的。

权益证明（Proof of Stake）

POS机制可以被描述成一种虚拟挖矿。鉴于POW主要依赖于计算机硬件的稀缺性来防止51%攻击，POS则主要依赖于区块链自身里的代币。在POW中，一个用户可能拿1000美元来买计算机，加入网络来挖矿产生新区块，从而得到奖励。而在POS中，用户可以拿1000美元购买等价值的代币，把这些代币当作押金放入POS机制中，这样用户就有机会产生新块而得到奖励。在POW中，如果用户花费2000美元购买硬件设备，当然会获得两倍算力来挖矿，从而获得两倍奖励。同样，在POS机制中投入两倍的代币作为押金，就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。

总体上说，POS算法如下所示。存在一个持币人的集合，他们把手中的代币放入POS机制中，这样他们就变成验证者。假设在区块链最前面一个区块（区块链中最新的块），这时POS算法在这些验证者中随机选取一个（选择验证者的权重依据他们投入的代币多少，比如一个投入押金为10000代币的验证者被选择的概率是一个投入1000代币验证者的10倍），给他们权利产生下一个区块。如果在一定时间内，这个验证者没有产生一个区块，则选出第二个验证者来代替来产生新区块。与POW一样，以最长的链为准。

PoW经过了充分测试，可用于许多加密货币项目。用DDoS对POW算法的区块链进行攻击对于今天的计算技术来说是不可能的。然而，高能源成本，环境压力增加，不利的媒体报导，采矿业务集中以及交易量下降，这些都可能使其长期收益下降。社区也越来越关注比特币采矿的高能源成本。

结论

结论

没有一种方法是完美的，每种方法都有自己的一系列问题，让极其智能人忙碌起来。什么时候以及我们将看到多少进展仍有待观察，但有一点是肯定的 — 进展即将来临，这将成为加密货币成为主流的转折点。