怎么理解POW和POS机制

2018 / 4.1星期日

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文 | 七叔

来源：链比特七叔（Ccjh9918）

xx证明这类共识机制的核心是，每发一条消息，你需要证明你付出了一定代价（或者你拥有一些东西），然后诚实的人会收到奖励，于是两者相加就相当于不诚实的人受到惩罚。

但是，既然需要付出代价，每个人又都是利己主义者，自然，如果有方法可以作弊，也就是在没有付出代价的情况下证明自己付出了代价，那么自然大家就都会去做。所以，在付出代价之后，你要给出一个证明，证明你确实付出了一些代价。

POW的方法最直观——哈希函数是密码学上计算难度经过反复验证的东西，所以用它来做证明是最有效不过的。每发一条消息（上传一个区块）的时候，你要证明你付出了一定的算力，你的证据就是某串你加在区块里的无意义字符串，而加上这个字符串之后，你的区块的哈希值正好小于某个数。哈希函数的特性告诉我们，你没有任何取巧的方法可以做到这一点——唯一的可能是，你真的一个一个字符串地去试了。所以，我们知道你确实付出了很多的代价才能给出这么一个字符串。

然而，POW不是没有缺陷，除了大量消耗能源之外，POW的另外一个问题是它的价值回路必须要通过外部输入。也就是说，采用POW的数字货币仍旧不是理想状态的数字货币，因为它们的安全性不直接与使用者相关，而是要通过矿工这个媒介（这个请见我的专栏）。

于是POS就被提出来了。POS的设想是非常好的——采用POS的货币的安全性直接与使用者相关，省去了矿工这个媒介。POS简单说就是，每当发表一条消息的时候，不用证明你付出了什么代价，而要证明你拥有一定数量的钱。而拥有钱代表着，如果你作弊损害了这个系统的安全性，你的钱会贬值，这变相地让你付出了代价。这东西更好的一点是，如果采用POS，实际上连挖矿奖励都不需要，因为POS实际上不需要付出任何代价。

需要注意的是，POW基本上原理都类似，而且，说到POW基本上就指的是比特币那种。可是POS是一类共识算法，或者说是一类共识算法的设计思想，而不是一个，最早采用POS的是peercoin，于是几乎所有的科普文章都把Peercoin的POS当做是POS的定义。这是不对的——因为Peercoin的POS是有漏洞的，漏洞简单说就是——越有钱的人，作弊付出的代价就越大，所以51%攻击在POS里面更不可行。然而，对于没钱的人而言，他们没代价可付，所以一些恶意行为对于他们是有益的，这就会导致著名的公地悲剧。这种叫Nothing-at-stake attack（无利益攻击），所有POS算法，必须有对付这种攻击的机制，否则就不能用。

目前，还没有一个区块链真正采用了POS，所以POS仍旧是一个缺乏足够实践检验的机制。但是从理论上来看，Ethereum的casper，ALGORAND和Ouroboros是几个比较成熟的POS算法。

至于POS的一个变种DPOS，实际上是解决Nothing-at-stake attack（无利益攻击）的另一种方式——没钱的滚蛋，只有有钱才能参加共识。所以，DPOS的本质实际上是一个中心化的共识机制。

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既然题主的主要目的是自问自答，并且还回复了我，那么我回应一下。

题主自己的答案里的POS，就是peercoin里的POS，目前几乎所有中文的科普中，都只写这一种POS，这正是我反复强调的几乎整个中文社区的误区。然而，第一，我已经介绍了，这种POS是有重大缺陷的，就是它不防止无利益攻击，我再强调一遍，任何没有防止无利益攻击的POS都不能称之为完整的共识算法，这是个非常严重的问题。

第二，币龄这个概念并不是POS的必要概念之一，加入了币龄之后其实就不是权益证明，而是财产抵押证明了，也就是你证明的是你有一笔一段时间没有动用过的财产，而不是你有某笔财产。这个东西其实是很有争议的，因为它不仅改变了模型（例如这样的模型不鼓励交易而鼓励所有人都攒钱挖矿），而且带来了许多新的攻击例如save-up attack。

最后，再强调一遍——POS是一类共识算法，他们的特点就是字面上的意义——每发布一个消息，要证明自己拥有某些财产。许多共识算法可以归到此类，但POS并不特指某个共识算法，尤其不是peercoin的共识算法。