区块链的共识机制是什么?有哪些优缺点?

区块链的共识机制是指网络上参与的各方如何达成一致的方式。比较主流的是POW(工作量证明)和POS(权益证明)两种。两种机制互有优劣。


我们用今天的篇幅来跟大家比较POW和POS的部分技术细节和主要面临的问题,还有可能存在的解决方法。供大家在投资中参考。

POS共识算法并不是一个很新的概念。我们是在两年前接触到他,而这个共识机制其实已经存在了超过五年的时间。最早使用POS共识机制的加密货币是现在已经接近消亡的点点币,这是当年很火的一个明星项目,在社区治理的过程中却因为各种原因,逐渐的消失在大众的视野当中。即便到了今天,围绕着POW和POS的两种共识算法的争论仍然没有准确的答案。但我们可以从下方两大阵营争论的焦点中。探知各方的优劣,进行对比。


核心特色

POW是大家最为熟悉的一种共识机制。最早被使用于比特币当中,这个共识机制最大的特点就是需要使用硬件设备进行挖矿。尽管各种加密货币使用的共识算法不尽相同,但如果可以归为POW的,大多是使用算力或者是一些其他的硬件相关的能力。我们这里会以比特币为例,比特币使用的就是各种各样的矿机厂商开发的矿机。所以当你想进入整个比特币的网络,并对这个网络进行维护和参与的时候,你需要购买一台矿机,才得到了可能获得记账权的机会。当你加入一个矿池,你的矿机开始运转的时候,里面就会源源不断的产生比特币。这个就是POW的最大特点。

所以POW,其实比的是硬件能力,计算能力,谁的电脑更高级,谁的矿机运行速度更快,挖矿成本更低,以此决定谁具有更大的可能性获得下一次记账权,收获比特币或是其他的加密货币。


而POS由于近期的很多新项目都使用这一共识机制,大家也并不是很陌生。但是究其细节,反而有很多不清楚之处。POS使用的其实是一个在加密货币当中叫做币天的函数,这个函数会记录加密资产有多少天没有进行过交易,这个数据其实在比特币中也是包含的。早年的中本聪创造了比特币,其中就加入了这个函数,但是由于币天并没有与其他的数据发生任何的关联,中本聪本人也没有对这个数据进行任何的解释,所以刚开始大家都不清楚它的意义,直到点点币利用币天这个数据进行权益挖矿的时候,才算真正派上用场。

简单来说,这套共识机制竞争的是单位时间内你持有某种加密资产多少。例如,持有 300 单位的加密资产一天和持有1单位加密资产300天产生的币天数是一致的。所以你持有某种资产的时间越长数量越多,你就越有更大的机会获得下一次的记账权,来获得一笔加密货币的奖励,形成一种类似银行定期理财的效果。也就是说,当你的加密资产放置不动,这里通常是指使用锁定函数将持有的加密资产进行锁仓的时候,你可以有权参与挖矿,并且让这些资产产生新的资产。


收益情况对比

POW的收益通常是逐渐减少的。由于全网的算力不断提升,比特币的挖矿难度也会越来越大。因此,从理论上来说,如果不发生特殊情况,你的一台恒定算力的矿机,可以挖到的比特币也会随着时间的推移越来越少。

POS的挖矿收益通常是恒定的。通常有一个固定的通胀百分比,用理财收益类比的话大概年化 8%-10% 左右。一些新型的POS机制也会加入一些变量,使得整个POS挖矿的过程变得更为公平一些,例如当参与人较少时,收益较高,参与人过多时收益较低这样的调整。


参与挖矿的不同之处?

1. 币价波动

币价波动是一个不管是对POW,POS还是不参与挖矿的普通投资者来说都永远存在的风险,而不同之处在于,在POW共识机制下。每个矿工都是有一笔沉没成本的,就是我们通常所说的矿机购置费用,这是一个有外部输入的系统。这笔钱你花出去了却还没有得到任何回报,因此每个矿工都会有一个回本周期。你的机器算力越高电价越低,理论上讲你回本的速度就越快。但是在这个期间,如果币价发生暴跌,跌到电费成本高于币价时,就会产生净亏损,矿工们无法得到新币,开机等于亏损。

而POS挖矿没有沉没成本,这是一个没有外部输入的系统。当你购入某种加密资产成为某个加密资产的权益人之后。你用牺牲流动性的方式获得了参与挖矿的机会,这个是不论币价如何变化都有新币产生的,单就币的数量而言,不存在净亏损的情况,但是存在币价一文不值,沦为空气的情况,这在币价下跌的过程中可以一定程度减少损失。


2. 安全性

POW是一个在比特币网络中被稳定且安全的运行超过 10 年时间的共识机制,安全性可以说是独一无二的,且比特币网络的算力逐年升高,这使得大规模攻击的可能性越来越趋近于 0,而从业者们的去中心化的共识也已经经过了充分的证明,参与者们通常有意愿在算力接近 50% 的时候自行避免中心化风险。

POS则是一个新生事物,尽管之前也有规模不小的尝试,但是都不够理想,没有经过时间的建议,没人可以下定论说,POS的一定安全性是优于POW的。

3. 挖矿门槛

POW一般是需要一台矿机,挖矿的门槛是一笔不菲的矿机购置费用,少则几千,多则几万,但好在目前的阶段,矿机还算是行业里一个可以被认可的资产,可以选择低位抛售降低损失或者高位套现赚取额外收益。

POS门槛较低,一般不限制金额,持币升息,但区别在于节点可能需要确保 24 小时开机和网络通畅,否则会有惩罚,对维护的要求稍高于POW。


4. 现存问题

POW共识机制的主要问题是一个老生常谈的话题。很多人都说使用矿机或是电脑的CPU,GPU去挖加密货币的行为是一种资源浪费。ASIC矿机挖比特币使用的电力相当于一个小国每年的用电消耗,而这些电量都被用于完全没有意义的函数计算,是一种资源浪费。

同时POW还面临着升级困难,容易分叉等问题。这是因为各种算法都是已经写好在各个矿机里面,当你的整个系统需要升级的时候,并不是所有的矿工都愿意跟你一起升级。这时一条链可能就会变成两条链,因为矿工们发生了分歧,这就是我们常说的分叉。而分叉将会伤害原有链的价值和共识。

POS共识机制的问题更多的似乎更集中在机制设计和社区治理的层面。

让网络中的所有人都能自己自由的参与挖矿,当然是最好的愿景。但现实运行当中存在很多问题。个人的计算机和家庭网络通常是很难跟大型机构的服务器相提并论的,个体的参与验证需要保证二十四小时的开机和网络通畅,这一点对个人来说通常很难做到。所以在POS机制当中,似乎也很难避免大型机构建立矿池,参与其中。尽管这可以有效的降低普通用户的参与门槛,但又会引发中心化的问题。


虽说比特币的算力也十分中心化,而POS如果处理不当将会更加中心化。因为矿机数量的增长获得的收益是线性的,而权益类资产的增长获得的收益是非线性的。这句话怎么理解呢?

理论上,一台矿机一天可以产生1的收入。如果有 100 台。那么一天的收入就是 100。而我为了走到这一步,我其实花了已经花费了与一台矿机相比,100 倍的价格才得到了这 100 倍的收入,我想要更多的话也是同理,除非将挖出的比特币变现复投入矿机购买,但在未回本之前,大部分的矿工通常不会选择这么做。而在POS共识机制当中,这个收入变成非线性的了。因为POS产生的收入可以随时每日复投,这就使得在权益挖矿证明当中,大型的权益持有人通过资产复投的方式,将会获得比小型的权益是有人高很多的收入,且早期的参与人如果购置了大量的资产,将会比后进入者具备巨大的优势。这是POS当中的中心化风险。

另外,是否锁仓也是一个需要思考的问题,因为POS从社区治理的角度来看,不单代表资产,也代表着投票权,锁仓的话,相当于同时放弃了资产的处置权和投票权,这是不合理,理应分开处理,抵押投票权,保留资产处置权。但是这又涉及到一个因为资产不牺牲自身流动性导致的无风险套利问题。之前的Algorand也是因为大量VC的无风险做空套利导致持续的价格走低。这都是需要进一步权衡的情况。


但好在上面的所有问题都有解决的办法,然而却没有一个准确的答案告诉我们解决了一个问题之后,会不会产生新的问题。值得庆幸的是,行业对POS的期待依然有增无减,全球排名前 30 的加密货币中,也有超过 13 个项目使用了POS,整个POS市场规模预计会在2020年达到 540 亿美元,而我们认为,由于POW这种系统外输入的特性,使用POW的链可能会在最终的竞争下只保留为数不多的几条,方便与实体经济保持联系,也更方便普通人的理解,POS则会作为与POW相连的一个更为环境友好和安全的解决方案扩大整个行业的应用领域和共识,这似乎才是合理的。

POW和POS的争论可能仍会持续一段时间时间,但我们仍需独立思考,POS真能全面优于比特币的POW机制吗,克服了各种缺点之后和POS和比特币相比,谁才是能代表未来的那一个呢?