基于區塊鏈的加密貨幣管理方式將很快發生變化

Lucas Mearian

管理比特幣和其他加密貨幣運行的工作量證明（Proof of Work）算法已經被證明速度太慢并且成本過高。因此，開發人員正在考慮一種更快、更有效的算法：權益證明（Proof of Stake）。

區塊鏈分布式賬本的工作原理是，把電子記錄鏈連接在一起，每一個都與之前的電子記錄緊密相連；只有在完成共識過程后，才能添加一組新的條目或者“區塊”，通過哈希標簽加上時間戳。

用于驗證區塊鏈上的新條目和管理網絡變化的兩個最流行的機制或者協議是工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）。

顧名思義，PoS共識模型支持那些擁有最多數字貨幣（權益最多）的人去管理加密貨幣或者業務區塊鏈賬本。然而，到目前為止，最流行的基于區塊鏈的加密算法——比特幣、以太坊（Ether）和萊特幣（LiteCoin），已經使用PoW作為它們的共識機制。

但這種情況可能很快就會改變。

工作量證明協議

原因如下。采用PoW算法，計算機不得不消耗大量的CPU資源來對復雜的基于密碼的方程進行求解，然后才被授權把數據添加到基于區塊鏈的加密貨幣中；那些最快解出方程的計算機節點會被獎勵數字貨幣（例如，比特幣）。通過PoW賺取加密貨幣的過程被稱為“挖礦”，就像比特幣挖礦一樣。

問題是：PoW過程消耗大量的電力，處理器要不間斷運行，還需要為專用于挖礦運算的服務器群進行散熱。這些挖礦運算要占用大量的電力，以至于城市甚至國家開始對挖礦運算進行嚴格的控制。

由于解決數學難題涉及到的過程太長，PoW協議會非常慢；因此，批準某一業務的分布式賬本或者加密貨幣網絡（例如，比特幣）上的新條目可能需要10分鐘甚至更長的時間。

想象一下，要等待10分鐘才能在網絡上完成一筆金融交易的清算。

權益證明協議

相比之下，PoS算法可以在幾秒鐘甚至更短的時間內完成區塊鏈新條目。

卡內基梅隆大學（CMU）的計算機科學系副教授Vipul Goyal評論說：“權益證明算法的確有可能取代工作量證明算法。然而，在這種情況發生之前，仍然需要克服一些重大的研究難題。”

例如，去年以太坊在測試網上引入了一個名為“Casper”的PoS機制（就像Casper中的友好小精靈）。PoS共識協議創建了“綁定驗證器（bonded validator）”，用戶在被允許加入區塊鏈共識或者投票社區之前，必須放置安全保證金。只要綁定驗證器在區塊鏈上能夠誠實地工作，那么他們就可以留在共識社區；如果他們試圖欺騙系統，就會失去他們的權益（他們的錢）。采用以太坊的Casper PoS系統，共識機制在大約四秒內就能完成新交易。

據Goyal，雖然PoW算法使用起來相對簡單，但PoS協議面臨一些微妙的挑戰，其中最困難的就是所謂的“后期腐敗”。所謂的這些腐敗可能會破壞區塊鏈的真實性。

假設區塊鏈上的一些參與方持有大部分權益，然后出售這些權益。在PoS系統中，這些實體仍然可以持有過去授予它們管理權限的密鑰，并使用這些權限脫離當前區塊鏈而創建一個新的區塊鏈（稱為分叉“Fork”）。Goyal說，實際上，他們仍然持有自己的權益資金，就像從未出售過一樣。

Goyal說：“這個問題只出現在權益證明中，而且看起來很難處理。由于這些問題，以太坊一再推遲切換到權益證明，除非他們能找到滿意的解決方案。”

據Reed Smith LLP律師事務所的一份研究報告，對PoS的另一種批評是，一名挖礦者的權益數量意味著權力有可能集中在少量的節點上，從而增大了被篡改的風險。

區塊鏈是怎樣治理的

Forrester Research公司首席分析師Martha Bennett表示，在合適的治理模式上達成協議是任何企業區塊鏈計劃面臨的最大挑戰之一。她說：“我知道有些項目由于無法達成協議而導致暫停，甚至從未實施。”

數字貨幣網絡Decred的創建者Jake Yocom-Piatt認為，最好的治理模式應同時采用PoW和PoS機制。

Decred使用隨機的“投票”系統，允許經過加密驗證而且在網絡上擁有數字貨幣的用戶加入共識社區。

Yocom-Piatt說：“并沒有使用傳統的權益證明——每隔一段時間都會要求你參與進來，選擇加入系統（opt-in system）允許你主動自愿地參與到系統中。”

就像傳統的彩票或者任何與投機相關的游戲，有一個隨機過程，從成千上萬的人中選擇五個持票人，他們可以對前一個區塊的工作量證明進行投票，即確定它們是真實的還是惡意的。

Yocom-Piatt說：“投票要求有一臺聯網的計算機進行投票。如果你投了票，就會得到獎勵——數字代幣。”

Decred的系統對其PoS投票者非常尊重，因為是由他們批準區塊鏈上的PoW條目。

Yocom-Piatt說：“如果您是工作量證明挖礦者，正在玩游戲，給我們的網絡帶來了問題，網絡上的相關方可以懲罰您，收回對您的獎勵。Yocom-Piatt在提到新軟件版本和其他區塊鏈變化時，指出，“您也可以針對共識規則的改變進行投票。這用于加密貨幣重大決策的解決爭議和決策機制。”

PoW和PoS有什么不同

建立在一個PoW系統之上的區塊鏈分布式賬本需要大量的處理能力才能完成隨機但相對困難的數學方程，以證明該節點是合法的。它類似于在CAPTCHA測試中填充字符的人。

投入了大量時間和資源，使其運行區塊鏈網絡的成本非常高，甚至超出了本身所帶來的價值。

相比之下，顧名思義，權益證明協議允許那些擁有最多數字貨幣或者數字硬幣的人對新的數據區塊進行身份驗證。投票是用你持有的硬幣來完成的，而不是擁有的計算能力。

PoW和PoS也是區塊鏈網絡的治理模型。在對區塊鏈進行任何更改之前，必須在大多數節點之間達成社區共識或者協議。例如，在將軟件更新應用到區塊鏈之前，必須經過大多數節點的同意；這就是所謂的共識機制或者算法。

Goyal說：“這與公司的股東投票非常相似：你擁有的股票越多，你的投票就越重要。如果某人獲得了系統中的大部分股權，他們基本上可以決定從此之后發生的事情。”

公有區塊鏈和私有區塊鏈

然而，如果一個節點甚至一小部分節點接管了管理工作，那么公有區塊鏈或者開放區塊鏈就會失去價值；因此，為了確保對控制功能公平的進行分配，加密貨幣的區塊鏈就應運而生了。

比特幣、萊特幣、以太坊和其他公有區塊鏈網絡也依賴于由軟件開發人員核心組領導的一種“非正式”的治理形式。Bennett說：“隨著這些平臺的發展，這就給怎樣展開治理帶來了巨大的挑戰。”

相比之下，Linux基金會創建了開源區塊鏈平臺超級賬本（Hyperledger），用于企業在分布式賬本上交換數據，這意味添加哪些特性、怎樣添加以及何時添加等決策，社區在活躍的開發人員中選舉產生工作小組，由他們做出這些決策。

治理模型允許區塊鏈臨時或者永久地進行拆分或者“分叉”，從而創建新的區塊分支。硬分叉是前面區塊鏈永久性的分支；軟分叉是暫時的變化，也是向后兼容的。想象一下，一輛火車通過道岔改變軌道；在區塊鏈中，這種道岔是由區塊鏈服務最有權的人控制的。

不同的區塊鏈及其加密貨幣可以使用不同的PoW或者PoS協議：例如，比特幣使用Hashcash PoW算法，而萊特幣使用scrypt。

據Goyal，有幾種基于PoS的小規模的加密貨幣，例如，peercoin，但這些在規模上還不能與比特幣和以太坊相提并論。

加密貨幣是公有區塊鏈，因為任何人都可以參與其中；沒有中央權威和管理者。使用網絡的人通過投票批準新的區塊或者改變軟件來決定其治理。

區塊鏈也可以是私有的或者“要經過許可的”，采用集中管理，只允許在一組預先經過審查的用戶之間使用。使用區塊鏈在內部或者預先審查的業務伙伴之間共享數據的企業都屬于經過許可的分布式賬本。

還有其他的共識算法，其中一些比其他算法更有前景。例如，空間證明（Proof of Space），根據一個節點有多少數據存儲空間來分配投票比例。Goyal說：“我知道正在開發的一些系統看起來很有前途。”

按照Bennett的說法，還有PoET（用時證明，Proof of Elapsed Time），以及一整套其他的“證明”算法，其中大部分目前尚未被證實。

其他的包括Tendermint和Algorand，而共識模型包括了不同的拜占庭容錯算法，以及Robein和Gossip協議等協議。

Bennett說：“其中很多并不是新的，只是用了新的方式。所有共識算法都有取舍；這些通常是圍繞可擴展性和機密性進行的。”

雖然PoW和PoS有其優點，但從一個變化到另一個將被視為對當前區塊鏈的硬分叉，這對于已有的投資將產生相當大的影響。但是，能夠提高可擴展性、速度和效率最終可能要求業界認真考慮改變方向。

資深記者Lucas Mearian的業務領域涵蓋金融服務IT（包括區塊鏈），醫療IT和企業移動問題（包括移動管理、安全、硬件和應用程序）。

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https：//www.computerworld.com/article/3269686/blockchain/proof-of-stake-could-overtake-proof-of-work-to-govern-blockchain-cryptocurrencies.html