回看共识层进化规律，“POS+”也许是公链后期发展的出路
编者按：再过不到 10 小时（倒计时在此），以太坊将于 7280000 区块高度上激活君士坦丁堡/圣彼得堡网络升级。这次升级无疑是区块链世界近期最为关注的事件，它不仅牵动着数字货币市场背后的巨额利益，也是公链技术探索的又一个里程碑。带领区块链进入“2.0 时代”、并已“走过长路”的以太坊经由本次分叉，将进一步从 PoW 共识机制过渡向 PoS 共识机制。Odaily星球日报研究院希望从共识机制的角度，带大家稍微回首下历史，总结共识层的进化规律，着重比较主流的 PoW 和 POS 的变种（或称其为 PoS+），并阐述为什么我们认为 “ POS+ ”混合共识机制会是公链后期发展的一个出路。
也因如此，在区块链领域，人们从未停止过对更优共识机制的探索和创新，如下图所示。
PoW问题凸显
PoW（工作量证明），是一种按劳分配模式，即矿工凭借工作量的大小，来争取记账的权利，工作量越大对应矿工的算力越大，矿工获得记账权的概率越大。 PoW 共识在比特币中的应用具有重要意义，也是最早和迄今为止最安全可靠的公有链共识算法。然而，PoW 共识存在明显缺陷： PoW 共识过程高度依赖区块链网络节点贡献的算力，这些算力主要用于解决 SHA256 哈希和随机数搜索，实际上并不产生任何有效际的社会价值。随着加密数字货币的日益普及和专业挖矿设备的出现，加密数字货币生态圈已经在资本和设备方面呈现出明显的“军备竞赛”态势，逐渐成为高能耗的资本密集型行业，进一步凸显了资源消耗问题。根据 Digiconomist 的数据显示，如果把比特币加以太坊看做一个国家，其挖矿消耗的总电量已经超过阿尔及利亚、以色列和希腊等国家，在全球排名第 45 位。 单看以太坊，其挖矿消耗的总电量超过马其顿、洪都拉斯和安哥拉等国家，每年耗电约 8.63 万亿瓦时，占全世界用电量的 0.04% 。 根据 btc.com 数据显示（统计时间：2019.2.19），过去一年矿池算力份额排名前五位的 BTC.com、AntPool、SlushPool、ViaBTC 和 BTC.TOP，占据比特币总算力份额的数据是 64.6% 。理论上来看，这五大矿池联手，确实具备了发起 51% 算力攻击的能力。虽然实际上，这些矿池为掌握全网51%算力所需的成本投入远超成功实施攻击后的收益，但 51% 攻击的安全性威胁始终存在，引发人们对算力集中的担忧（后文详述）。 PoW 支持分区容忍性(可以分叉)，即放宽对最终一致性确认的需求(可以回滚)，约定好大家都选择已知最长的链进行确认。在这种情况下，系统的最终确认只是概率意义上的存在。 PoW 问题的逐渐凸显，引发人们对这种机制的质疑和思考。PoS 开始登场。 2010 年 11 月，挖矿公地悲剧 ( Disturbingly low future difficulty equilibrium ) 由 Vandroiy 指出并引发广泛讨论。讨论的重点是比特币系统需要消耗大量算力来维持系统的安全性和稳定性，但随着比特币不断被挖出，区块获得的奖励减少，越来越多的节点会退出系统，攻击成本随之降低，比特币网络系统则会出现“公地悲剧”。 2011 年 7 月，数字货币爱好者 Quantum Mechanic 在比特币论坛首次提出PoS权益证明共识机制的概念( Proof of stake instead of proof of work) 。权益证明共识机制概念一经出现便得到很多人的青睐。人们意识到权益证明可能就是挖矿“公地悲剧”的解决方案。 与 PoW 物理挖矿不同，PoS共识是将让整个挖矿过程虚拟化，并以验证者取代矿工。 再之后，PoS 衍生出更多变种，每个变种往往会涉及区块链代币经济模型的改动。比如，ReddCoin、Slimcoin 等都推动了 PoS 的发展，处于 PoS 研究前沿的还有以太坊（Casper）、Cardano（Ouroboros）、Fractal 等，下文将会具体阐述。 客观来讲，PoS 机制的诞生确实解决了 PoW 的部分弊端： 1. 以 PoS 机制开发新区块在一定程度上避免了资源浪费，同时系统区块的自动产出缓解了由于数字资源有限性而产生的通货紧缩。 2. PoW 机制下，矿池通过规模经济效应来提高产量，降低长期平均成本。而PoS共识机制弱化了中心矿池规模经济的需求，算力集中垄断的情形也得到了缓解，个体竞争力差别相对减小。 3. 就 51% 攻击而言，PoS 共识机制发起一小时攻击的成本远大于比 PoW 共识机制。 1）Token 发行的问题。一开始的时候，只有创始区块上有 Token，只有将 Token 开采权分散才能让网络壮大。但在目前多国禁止 ICO 的环境下，合规又均衡地分散 Token 成为了一个难题。 此外，一个 PoS 系统需要一个高度安全的网络来抵抗各种类型的黑客攻击，目前并没有一个公链被证明有这样的实力，即使是以太坊也经常发生黑客攻击事件。 几乎所有的共识机制都有其独特的优势，但也有其弊端，没有一种共识机制可以完美解决区块链“不可能三角”问题。因此，人们开始思考是否可以将两种共识混合，从而做到融合两种共识的优势，又能规避某些弊端呢？于是就有了“混合共识”。在“混合共识”中，PoW+PoS 混合机制是其中最热门也应用得较为成功的一种共识算法。 2014 年 4 月，拉里·雷恩 ( Larry Ren ) 在《 Reddcoin 白皮书 》中提出了权益 - 速度证明（Proof of Stake Velocity，PoSV）共识机制。PoSV 算法前期使用 PoW 实现代币分配，后期使用 PoSV 维护网络长期安全。PoSV 将 PoS 中币龄和时间的线性函数修改为指数式衰减函数，即币龄的增长率随时间减少最后趋于零。因此新币的币龄比老币增长地更快，直到达到上限阈值，这在一定程度上缓和了持币者的屯币现象。 2014 年 5 月发行的 Slimcoin 基于 PoW 和 PoS 提出了燃烧证明 ( Proof of Burn，PoB ) 共识机制。其中，PoW 共识被用来产生初始的代币供应，随着时间增长，区块链网络累积了足够的代币时，系统将依赖 PoB 和 PoS 共识来共同维护。PoB 共识的特色是矿工通过将其持有的 Slimcoin 发送至特定的无法找回的地址 (燃烧) 来竞争新区块的记账权，燃烧的币越多则挖到新区块的概率越高。 2014 年 12 月提出的行动证明 ( Proof of Activity，PoA ) 共识也是基于 PoW + PoS，其中采用 PoW 挖出的部分代币以抽奖的方式分发给所有活跃节点，而节点拥有的权益与抽奖券的数量即抽中概率成正比。 Casper 与其他 PoS共识的不同之处在于： Casper 实施了一个进程，使得它可以惩罚所有的恶意因素。 总之，以太坊的升级并不是技术问题，而是社区难以达成共识，如果直接升级做硬分叉，则可能造成社区的分裂，大部分以太坊上的生态也会分裂。 为什么不直接转换成 PoS？ Vitalik Burterin 的回答简明直接： “从 PoW 机制转变到 PoW+PoS 交易混合机制，这样做的转变很小，能够更快捷，更安全，相比较而言对用户更有利。因为我们要避免机制转变带来的危险性，等到整个系统更安全以后，才能进行更大的投入。”1. 资源浪费
2. 算力集中
3. 缺少“最终一致性”
4. 业务处理性能低下
PoS的提出和点点币的实践
PoS并非完美的替代方案
我们可以这样理解这个名词：主席台上有十个候选人，下面很多人给这十个候选人投票。如果你投票的话，你可能会对这个主席台上十个人都分别投一票，也就一个人投十票给每个人投上一票。这样，无论台上哪个候选人成为最终的获胜者，你都会得到好处。PoW+PoS 混合机制更接近理想
