最易於小白讀透的POW和POS概念詳解（內含波卡）

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POW（Proof-of-work，工作量證明）

工作量證明最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。早在比特幣出現之前就已經有人探索。

哈希運算是一種最常見的工作量證明機制，即通過計算碰撞出符合條件的哈希值來確定系統做過一定的工作量，此外，你也可以利用卷積求導、大質數分解這些復雜的運算來達到工作量證明的目的。

挖礦即找到合適的哈希值，找到合適的哈希值消耗的計算、內存、電力等能源即為工作量。挖礦本質是一個數學計算過程，有一個“難度值”變量在不斷變化，以維持BTC網絡10分鐘出一個塊。難度值可調整。

上面這段話可以解釋為什麼過去有那麼多山寨幣，因為隻需要稍微改一下POW參數就可誕生一種新的出塊時間的山寨幣，但其本質和BTC並無任何區別（沒有任何智能合約應用，沒有任何實際擁有），然後大肆宣傳欺騙小白。

ETH上的智能合約，也可通過僅修改一些參數值來發行新幣，但沒給出實際的應用。先發幣再說項目，這就是為什麼2017 ICO項目，在市場熱度下如雨後春筍，但最後落得一地雞毛。

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POS （Proof of Stake）股權證明機制

純粹的POS已經在市場上被淘汰，不多說。目前留存的都是POS的變種。比較有名的是EOS的DPoS (Delegated Proof of Stake)授權股權證明機制和Polkadot的NPOS(Nominated Proof of Stake) 提名股權證明機制。都是持幣者把自己的幣質押給節點，節點負責出塊維護網絡，如果你投的節點有塊被納入瞭最終的鏈上，你就能獲得符合投票比例的分紅，這個分紅相當於比特幣網絡裡的出塊獎勵。

這和做生意投資很像，有人融資做事，你投，賺瞭一起按比例分，虧瞭按比例虧（如果不出塊，或者驗證瞭錯誤的塊，網絡會沒收這個節點的幣），也就是在POS裡面，正確很重要，認真幹活，正確做事才能拿到網絡獎勵。

兩相比較，POW像古時的比武，誰算力大誰就更容易碰出隨機值贏得比賽獲得獎勵。POS則是文明人的遊戲規則，大傢合作共贏，共享盛宴，不管投給節點的票多還是少，隻要是能為網絡持續工作的節點，都會獲得網絡的獎勵。

總結：POW機制是幹的越多，得到越多；POS機制是持有越多，獲得越多。

補充：EOS的DPOS隻選取21個大節點，獲得多少的網絡獎勵是由質押幣數量多少決定。Polkadot的NPOS有1000個節點，節點勝出是根據質押幣數量和幣地址分散度共同決定，且隻要是有效節點，無論質押幣的總數是多少，都會給每個節點發放同等數量的DOT作為獎勵。

這說明DPOS容易造成大戶聯合合作，使網絡中心化、內卷化競爭，NPOS則更加去中心化，因為要滿足足夠多的代幣持有者足夠地分散，這是一個進步，是一個行業發展合理但又驚喜的進步。

當然無論POW還是POS,其中最重要的因素還是代幣的經濟價值，經濟價值越高需要攻擊網絡的成本就越高。這個不在這討論。

.3.

POWvsPOS

1、公平性

POW公平的把記賬權分派給節點，但容易形成算力集中化，財團抱團，個體難參與。POS有很多變種，但波卡的NPOS保證瞭節點被隨機性分散化組合，比POW更加公平。

2、網絡性能

比特幣和以太坊的擁堵已經有目共睹，但是在區塊鏈逐漸崛起的時代，如果往後需要更多的區塊鏈，怎麼保證吞吐量和安全？

（1）吞吐量：

POS系統可容納的吞吐量比POW鏈高。

因為POS共識協議並不以浪費一些現實能耗為基礎，區塊時間和協議就可以更快的發生，這一點的邏輯是：POW面臨的挑戰的解決方案是不必在確定一個塊之前就找到，因此創建一個塊的開銷可以減少到隻需要創建和分發塊的成本。

（2）安全性：

POW的安全性靠算力，POS的安全性主要靠代幣分散化持有且綁定。

POS系統的安全通過綁定的資產保護，而不是類似POW需要花費很多消耗（花費流動性機會成本以及消耗電力）。POS的工作方式是選擇一組具有已知經濟身份的驗證者，鎖定代幣，以換取獲得“驗證”或參與共識過程的權利。如果他們發現執行瞭錯誤的程序，就會被懲罰：部分或者全部的鎖定代幣會被銷毀。這對不良行為提供瞭很好的抑制作用。POW沒有類似的獎懲機制，僅僅是損失算力（電力）成本而已。

破壞POW系統需要掌握51%以上算力，目前，排名前三的礦池算力加在一起已經超過51%，但攻擊從未發生過。因為隻要發生一次51%的攻擊，比特幣網絡的金字招牌“可信度”就蕩然無存，幣價跳水，這對靠挖礦獲得幣而從而獲得收益的礦工及其不劃算，何必自己砸自己。也就是說攻擊的代價會極大可能的高於誠實挖礦，所以都選擇不攻擊，這是個博弈的問題。（實際高於30%就可以發起攻擊，但是高於51%就是鐵定會攻擊成功）。

傳統POS鏈的共識需要2/3以上的驗證者組同意所有發生在layer1上的事務：所有作為鏈狀態機一部分的邏輯都要被認可。即，每個人都需要驗證網絡所有的信息。然而，驗證者可能基於收到異步網絡不同的信息，對系統有不同的看法。這讓對鏈最新狀態達成一致變得困難。

意思是說，POS的吞吐量更高，更加節能，創建一個區塊消耗的時間成本和網絡資源成本更低。但是POS需要全網2/3的驗證者達成共識才能確定網絡的最新狀態，驗證者們可能收到異步網絡的不同信息，對系統的最新狀態看法不一致，這就會導致網絡的最新狀態不容易確認。

這也是波卡極致分片架構設計的考慮點之一：不需要每個節點參與者驗證每一筆交易，隻需要每個節點參與檢查一部分交易即可。每個節點參與者檢查交易的某些子集，就使得拜占庭中有瞭足夠的冗餘，任意惡意的參與者就無法潛入無效的交易中，至少在沒有被發現並受到削減的情況下，這些交易不能被還原，即在那些交易被恢復的情況一定會被發現受到懲罰。

另外，很多人喜歡拿以太坊和波卡做對比，從技術上來說，波卡是更新的一代，自然更高級。但客觀的看待以太坊，它在最初創立的時候就想用POS共識，但當時POS共識還不如現在成熟，且POW的可靠性高，所以選擇瞭後者，後者正是由於其對出塊的時間的限制，網絡轉賬更可靠，更能減少惡意交易，這和利用POW算法來杜絕垃圾郵件是一個道理。

與此同時，需要註意的是，POW是概率性共識，可能網絡中的兩個節點同時碰撞出同一個正確的哈希值，這個時候就會出現我們說的硬分岔（概率性終態確定）。

POS的共識，是確定瞭參與驗證的節點集合，這些節點采用的是類PBFT共識，類似於有序輪換者出塊。變種的波卡的NPOS是需要首先超過一半的簽名才算有效，簽名者不可以重復，這保證瞭每一輪隻可能有一個節點獲得出塊權，是一種確定性的共識。

由此可見，一般POS的安全性是低於POW的，因為驗證人集合已知，而且數量不多，不像POW需要足夠算力才能攻擊，POS中聯合驗證人中一定比例的節點作惡就能攻擊。那麼如何提高POS的安全性呢？

（1）懲罰機制：即消減（slash）或者沒收（chill）；

（2）與多種算法協作，取長補短：好比波卡的分片和POS結合在一起相互協調，利用架構的交互性，集中資金保護所有鏈：允許一條平行鏈的Host可以為很多平行鏈提供完全的安全保證，而不是部分資金保護部分鏈，形成資金低效和浪費的狀態；甚至不需要所有參與者檢查所有的狀態轉換。同時又結合瞭隨機選舉驗證者節點組和GRANDP&BABE來保證網絡整體運行安全。

綜上，在網絡性能方面，POS的吞吐量更高，安全性能需要多種算法協作。

3、資源利用

POS算法幾乎沒有資源消耗，唯一消耗的是網絡帶寬資源。POW挖礦經歷瞭CPU/GPU/ASIC芯片一系列的迭代，這些都是為瞭更加高效地挖出幣，過程中消耗大量電力、算力、以及硬件資源，可以說是資源浪費。但換個角度，POW挖礦形成瞭一套完整的產業鏈：水電站、網絡、礦機制造等等，隻是網絡找到合適的哈希值實際上並沒有其他的作用，僅僅是挖到瞭幣。

4、去中心化

在波卡的NPOS出現之前，無論是POW還是POS，都會逐漸演化出權利集中的問題。傳統POS存在大戶互相投票，互相推舉為大節點的現象，讓老百姓參與的機會少；且由於沒有民主公投這樣的明確網絡問題解決機制，就形成瞭和POW礦池挖礦類似的價值回路必須要通過外部輸入，其安全性不直接與使用者相關，而是要通過大節點或者礦工這類媒介來完成（不過筆者以為挖礦集中化和專業是很正常的事情，天下熙熙皆為利來，天下攘攘皆為利往。隻是集中化帶來的結果違背瞭區塊鏈網絡初衷）。

綜上所述：

POW是靠誰的算力大取勝獲得網絡獎勵，但並不是算力大就一定能獲得，且會造成資源浪費；POW雖然網絡慢，但是可靠性更高。

POS是靠質押綁定來獲得獎勵，質押的多獲得的多，沒有額外的消耗。網絡安全性相對更弱，但可通過與其它算法協同合作來提高安全性。