PoS详解：区块链共识新选择

权益证明（Proof of Stake）：区块链共识机制的新选择

权益证明（Proof of Stake，简称PoS）作为一种替代共识机制，近年来在区块链网络中大受欢迎。与传统的挖矿机制不同，PoS不需要计算能力来验证交易，而是要求验证者抵押一定数量的代币。这不仅大大降低了能源消耗，还能提升去中心化、安全性和可扩展性。然而，对于市值较低的区块链，51%攻击可能相对容易实现。PoS的多样性使其适用于各种区块链和应用场景。

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PoS的核心概念

尽管PoS有许多变种，但它们都共享一些核心概念。理解这些共性将有助于你更好地选择和理解所使用的区块链及其运行方式。PoS最初于2011年在Bitcointalk论坛上提出，作为解决工作量证明（Proof of Work，简称PoW）问题的一种方案。虽然两者的目标都是达成区块链共识，但实现方式截然不同。PoS参与者只需证明他们已经抵押了代币，而无需进行计算密集型的证明工作。

PoS的工作原理

PoS算法通过伪随机选举过程从一组节点中选择验证者。系统使用多种因素进行选择，包括抵押时间、随机元素和节点的财富。在PoS系统中，区块不是“挖矿”而是“铸造”，尽管有时仍会听到“挖矿”这个术语。大多数PoS加密货币在启动时会预先铸造一定数量的代币，以允许节点立即开始工作。参与铸造过程的用户必须将一定数量的代币锁定到网络中作为抵押，抵押的规模决定了节点被选为下一验证者的概率——抵押越多，机会越大。此外，选择过程还加入了其他方法以避免仅偏向网络中最富有的节点，最常用的方法是随机区块选择和币龄选择。

随机区块选择

随机区块选择方法通过查找具有最低哈希值和最高抵押的节点来选择验证者。由于抵押规模是公开的，其他节点通常可以预测下一个铸造者。

币龄选择

币龄选择方法根据代币被抵押的时间长短来选择节点。币龄通过将抵押天数乘以抵押代币数量来计算。一旦节点铸造了一个区块，其币龄就会重置为零，并且必须等待一段时间才能再次铸造区块，这防止了大额抵押节点主导区块链。

验证交易

每个使用PoS算法的加密货币都有自己的规则和方法组合，以实现对网络和用户最佳的组合。当节点被选中铸造下一个区块时，它会检查区块中的交易是否有效，然后签署区块并将其添加到区块链中。作为奖励，节点将获得区块中的交易费用，有些区块链还会提供代币奖励。如果节点想要停止成为铸造者，其抵押和赚取的奖励将在一定时间后释放，给网络时间来验证该节点是否未添加欺诈区块到区块链中。

使用PoS的区块链

大多数后以太坊时代的区块链都使用PoS共识机制，每个区块链通常会根据自身需求进行调整。以太坊本身也在通过以太坊2.0项目向PoS过渡。使用PoS或其变体的区块链网络包括BNB Chain、BNB Smart Chain、Solana、Avalanche和Polkadot等。

PoS的优势

PoS相比PoW有许多明显的优势，因此新区块链几乎总是选择PoS。其优势包括适应性强、更好的去中心化、能源效率高、可扩展性强和安全性高。PoS的灵活性使其能够适应大多数区块链的使用场景。由于参与成本较低，更多用户被鼓励运行节点，这也使得网络更加去中心化。PoS的能源效率远高于PoW，因为参与成本是基于经济成本而非计算成本。PoS不需要大型挖矿设施，增加验证者更简单、更便宜、更容易。抵押作为一种经济激励机制，确保验证者不会处理欺诈交易，否则他们将失去部分抵押和未来参与的权利。控制网络并批准欺诈交易需要拥有网络中51%的抵押，这在许多情况下几乎是不可能的，特别是对于高市值的加密货币。

PoS的劣势

尽管PoS有许多优势，但它也有自己的弱点。标准的PoS机制在分叉时没有阻止在两个分支上同时铸造的动机，而在PoW下，这将导致能源浪费。开始抵押需要购买区块链的原生代币，这可能需要相当大的投资。51%攻击在PoS下可能更容易实现，特别是对于市值较低或代币价格暴跌的区块链，因为理论上购买超过50%的代币并控制网络的成本较低。

PoS与PoW的比较

在比较两种共识机制时，有几个核心差异。PoW需要挖矿设备和高能耗，倾向于集中化，而PoS几乎不需要设备，能耗低，倾向于去中心化。验证方法上，PoW依赖计算证明，而PoS依赖代币抵押。尽管如此，不同区块链上的PoS机制多种多样，具体差异取决于所使用的具体机制。

基于PoS的其他共识机制

PoS具有高度的适应性，开发者可以根据区块链的特定用例调整机制。常见的变体包括委托权益证明（DPoS）、提名权益证明（NPoS）和权益授权证明（PoSA）。DPoS允许用户在不成为验证者的情况下抵押代币，抵押在验证者后面以分享区块奖励。NPoS由Polkadot开发，类似于DPoS，但如果提名者（委托者）抵押在恶意验证者后面，他们也可能失去抵押。PoSA由BNB Smart Chain使用，结合了权益证明和权威证明，让验证者轮流铸造区块，由抵押或委托的BNB数量决定21个活跃验证者的资格，每天更新选择名单并存储在BNB Chain中。

总结

自比特币以来，我们添加交易区块到网络的方式已经发生了显著变化。我们不再需要依赖计算能力来生成加密共识。PoS系统具有许多优势，历史也证明了PoS的有效性。随着时间的推移，比特币可能成为仅存的少数几个PoW网络之一。而目前看来，PoS将继续存在并发展壮大。

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