ASI:Vitalik Buterin親筆撰文： PoS 與 PoW 的安全性優劣比較_Xiasi Inu

原文標題：《Vitalik：權益證明?vs.?工作量證明?(2020?年?11?月)》

作者：Vitalik?Buterin，以太坊創始人

本文原由?Chih-Cheng?Liang?和?Hsiao-wei?Wang?翻譯為繁體中文，由于表達習慣不同，考慮到簡體中文讀者的閱讀體驗，ECN?對本文進行了簡體轉化和二次校對。權益證明?(Proof?of?Stake,?PoS)?在區塊鏈安全性上優于工作量證明?(Proof?of?Work,?PoW)?的關鍵因素主要有三。

權益證明在同樣成本下可提供更高的安全性

理解這點最簡單的方式就是把權益證明和工作量證明擺在一起看，假設每天有?$1?的區塊獎勵，攻擊此網絡所需的成本是多少。

基于?GPU?的工作量證明

你可以便宜租到?GPU，所以攻擊網絡的成本就只是租到足夠的?GPU?算力以超過現有的礦工。每產生?$1?的區塊獎勵，現有礦工的成本將近?$1?(如果成本高于?$1，礦工就會因為無利可圖而退出，反之新礦工就會加入進來獲取利潤)。因此，攻擊網絡的成本只需要高于?$1/?天，而且可能只需要持續幾個小時。

總攻擊成本：~$0.26，且因為攻擊者可以收到區塊獎勵，所以這個數字還有可能壓到零。

經濟日報：要利用科技賦能金融監管 打造數字智能監管體系:金色財經報道，經濟日報文章指出，要利用科技賦能金融監管，打造數字智能監管體系。隨著金融科技的快速發展，新型金融業態層出不窮，傳統金融監管已面臨較大挑戰。因此，加強科技監管、打造數字金融監管系統，成為當前金融監管的迫切需求。隨著資本市場持續推進科技創新，各監管部門要不斷探索運用科技手段提升監管能力。在強化監管技術應用方面，利用大數據、人工智能等技術實時收集、分析金融市場信息，采用區塊鏈技術降低欺詐風險。通過云計算高效存儲和處理監管數據，加強網絡安全防護。推進數字化、智能化監管，強化科技監管賦能思維，為推進“互聯網+監管”和科技監管建設提供基礎保障。[2023/6/26 22:00:03]

基于?ASIC?的工作量證明

ASICs?其實是資本成本：當買進?ASIC?時你預期大概可以用兩年，因為它會慢慢耗損或是被性能更好的硬件取代。如果一個鏈被?51%?攻擊了，社群大概會更換?PoW?算法來做出應對，而這時你的?ASIC?就會失去價值。平均而言，挖礦成本約為?1/3?的經常性成本與?2/3?的資本成本?(詳見此處)。

因此，每?$1?的區塊獎勵上，礦工每天會花?~$0.33?在電力與維護上，并花費?~$0.67?在他們的?ASIC?上。假設?ASIC?可以用大約?2?年，礦工會需要為單位?ASIC?硬件花費?$486.67。(譯注：$486.67?=?365?天?x?2?x?$0.67?資本成本)

MystenLabs聯創：人工智能產品能夠迎合更廣泛受眾，加密行業則始終專注于自身:4月18日消息，Mysten Labs聯合創始人兼首席執行官Evan Cheng表示，這種轉變是由于人工智能產品和應用程序能夠迎合更廣泛的受眾，而加密行業繼續專注于自身。Cheng說：“受人工智能技術對消費者已被證明的價值的推動，多領域風險投資家越來越多地將注意力轉向人工智能投資。”他將人工智能的爆炸式增長與2017年以來加密貨幣的爆炸式增長進行了對比：“ChatGPT出現了，（開發人員）正在為消費者和開發人員構建產品和應用程序——廣泛的、大規模的用例立即成為可能，而在加密領域，該行業一直在為加密人士開發產品。”（Decrypt）[2023/4/18 14:10:25]

總攻擊成本：$486.67?(ASICs)?+?$0.08?(電力與維護)?=?$486.75

(譯注：此處電力與維護成本也是假設攻擊時長?6?小時)

話雖如此，值得注意的是?ASICs?(相較?GPU)?帶來較高的安全性是以中心化的高代價換來的，因此加入?ASIC?挖礦的門檻也非常高。)

權益證明?Proof?of?stake

權益證明的成本幾乎是百分百的資本成本?(抵押的幣)；唯一的營運成本是運行節點的成本。這樣人們會愿意為每天每?$1?的區塊獎勵鎖住多少的資金呢？不像?ASIC，抵押的幣不會貶值，而且當你不想抵押了你還可以在一段短時間內取回質押金。因此，參與者應該會愿意為同樣程度的獎勵付出比?ASIC?的情況更高的資本成本。

Chain宣布收購歐洲持牌加密貨幣公司并推出Chain Prime:金色財經報道，區塊鏈基礎設施Chain宣布收購一家獲得許可的歐洲加密提供商，該提供商已成為一個新的實體Chain Europe UAB。在這次新的收購之后，Chain推出了Chain Prime，這是一個自動場外(OTC)交易系統，旨在讓客戶通過Chain Engine獲得深度流動性。Chain Prime旨在聚合來自頂級交易所的集中式訂單簿，為用戶提供最佳執行率。[2023/2/21 12:18:41]

讓我們假設?~15%?的報酬率足夠吸引人們抵押?(這是?eth2?的期望報酬率)。因此每天?$1?的區塊獎勵會吸引相當于?6.667?年報酬的抵押，或換算為金額為?$2,433?。節點消耗的硬件與電力成本很小，每一千元的電腦可以抵押成千上萬的資產，而且每月?~$100?的電力與網費也算足夠。但保守來說，我們假設這些經常性成本是抵押總成本的?~10%。所以我們只有每天?$0.90?的區塊獎勵對應到資本成本，因此我們還要把上面的數字減少?~10%。

(譯注：6.667?年?=?$1?/?(15%?年報酬）；$2,433?=?$1/?天?x?365?x?6.667)

總攻擊成本：$0.90/?天?*?6.667?年?=?$2,189

Mt. Gox提供還款過程更新：轉讓期將從8月底開始:金色財經報道，加密貨幣交易所Mt. Gox就其還款程序提供了一份新的修復計劃。根據該文件，康復受托人目前正準備根據東京地方法院于2021年11月16日批準的計劃實施償還。受影響的交易所用戶如果要求得到回報，他們將被邀請填寫一張表格，他們將需要做出一些重要的選擇和登記。

該文件還規定，轉讓期將從8月底開始，一直持續到全部或部分還款。同時，文件規定，隨著轉讓期的開始，新的索賠將不被考慮。

Mt. Gox發布更新信息后，加密貨幣市場參與者意見不一。許多人認為，這是對加密貨幣報價的另一個壓力因素，加密貨幣已經處于底部。（u.today）[2022/7/7 1:58:32]

長期來說，這個攻擊成本會預期會更高，因為抵押會變得更有效率，而且人們也會更能接受較低的報酬率。我個人預期這個數字最終會攀升到?$10,000?的程度。

取得這么高程度安全性的唯一「代價」就是在質押期間不方便隨意轉移質押金。甚至有可能因為人們認知到這些被鎖住的幣會造成幣的價值攀升，所以在社群流通的貨幣總數，或是能做有生產性投資的資金，都能維持不變。反觀?PoW，維持共識的「代價」是瘋狂地損耗大量電力。

更高安全性或更低成本？

注意我們有兩種方式可以運用這個增加?5-20?倍的每單位成本安全性。一種方式是區塊獎勵維持現狀，并受益于增加的安全性。另一種方式是維持現有程度的安全性，并大量減少區塊獎勵?(也就是減少共識機制成本的「浪費」)。

DoraHacks完成新一輪2000萬美元融資，FTX Ventures和Liberty City Ventures聯合領投:5月18日消息，去中心化全球極客組織和Web3開源開發者激勵平 DoraHacks宣布完成 2000 萬美元 B1 輪融資，本輪融資由 FTX Ventures 和 Liberty City Ventures 聯合領投，Circle Ventures, Gemini Frontier Fund, Sky9 Capital, Crypto.com Capital, Amber Group 等參投。

本輪融資后，Dora 生態核心基礎設施（包括 DoraHacks、Dora Factory，但不包括 Dora Grant DAO、Dora Infinite Fund 等去中心化治理組織）總融資規模超過 5000 萬美金。[2022/5/18 3:26:02]

兩種方式都行。我個人喜歡后者，因為我們下文會看到，比起工作量證明，在權益證明中一個成功的攻擊能夠造成的傷害更少，而且更容易從攻擊中復原。

權益證明更容易從攻擊中復原

在工作量證明的系統，如果你的鏈遭受?51%?攻擊，你會怎么做？目前為止，實踐上唯一的應對方式一直是「慢慢等，直到攻擊者覺得無聊」。但這忽略了一種更危險的攻擊叫做「重生點埋伏攻擊?(spawn?camping?attack)」，攻擊者可以對鏈攻擊再攻擊，明確的目標就是要讓鏈無法再使用。

(譯注：重生點埋伏是一種游戲術語，在對方玩家陣亡重生的地方埋伏，造成對方玩家一重生就再陣亡，毫無回擊能力。)

基于?GPU?的系統完全沒有防御的辦法，而且持續攻擊的攻擊者可以輕易讓一個鏈永遠毫無用處?(或更實際一點，轉移到權益證明或?proof?of?authority?權威證明)。實際上，在攻擊開始后的前幾天，攻擊者的成本就會變得非常低，而誠實礦工會離開，因為他們沒辦法在持續攻擊之下取得區塊獎勵。

在基于?ASIC?的系統，社群有辦法應對第一波攻擊，但接下來的攻擊就會變得很容易。社群可以在第一波攻擊之后，硬分叉來更換工作量證明的演算法，也就是把所有?ASIC?「變磚」。但如果攻擊者愿意承受自己?ASIC?變磚的成本，接下來的情況就和?GPU?的情況一樣?(因為還沒有足夠的時間去為新算法制造與生產?ASIC)，所以在這之后攻擊者可以很便宜地持續重生點埋伏攻擊。

譯注：變磚為電子產品俚語，代表損壞后無法使用，像磚頭一樣。權益證明的情況，情況則變得非常開朗。針對一些種類的?51%?攻擊?(特別指想要推翻已經敲定的區塊)，權益證明共識有內建的?「罰沒」?(slashing)?機制，大比例的攻擊者抵押會被自動銷毀?(而且不會銷毀到其他人的抵押)。

針對其他種類的，更難偵測的攻擊?(特別指?51%?合謀截斷其他人信息)，社群可以協調一個「?少數使用者發起軟分叉?minority?user-activated?soft?fork?(UASF)」，可以大量銷毀攻擊者的資金?(在以太坊中，可以透過「消極懲罰?inactivity?leak」做到）。不需要采取「硬分叉刪除貨幣」措施。除了?UASF?需要人為協調要選擇哪個少數區塊，其余事情都是自動化的，只要遵照協定規則去執行即可。

譯注：少數區塊?minority?block?是小于?51%?抵押總數的驗證者決定出來的區塊。因此，對鏈的第一次攻擊就會耗損攻擊者幾百萬美元，而且社群可以幾天內馬上站穩腳步。第二次攻擊仍然會花費攻擊者數百萬美元，因為他們需要買新的幣去取代舊的已經燒毀的幣。再攻擊第三次，就會再燒更多的數百萬美元。局面極為不對稱，而且優勢并不會在攻擊者那邊。

權益證明比?ASIC?更去中心化

基于?GPU?的工作量證明還算合理地去中心化，因為取得?GPU?不會太難。但前面提過，基于?GPU?的挖礦難以滿足「在攻擊之下的安全性」這個準則。另一方面，基于?ASIC?的挖礦，則需要數百萬美元的資本?(而且如果你的?ASIC?是買來的，多數時候，制造商會占更多便宜)

這個資本門檻會是回答「權益證明代表富者更富」這個常見論點的答案：ASIC?挖礦也是富者更富，而且這個局面下，富者更占據優勢。權益證明的最低抵押門檻在相比之下算是很低，而且許多一般人更有機會進入。

(譯注：就文章完成當下?440?USD/ETH?的價格來看，最低抵押門檻大概是?9.3?萬人民幣。)

進一步說，權益證明更能抵抗審查。GPU?挖礦和?ASIC?挖礦很容易偵測，他們需要大量電力消耗、昂貴硬體采購、及大型廠房。另一方面，權益證明可以跑在一臺不起眼的筆電上，甚至也可以透過?VPN?做。

工作量證明可能的優勢

我認為?PoW?有兩大主要優勢，但這些優勢其實有相當的限制性。

權益證明更像個「封閉系統」，長期而言財富更加集中。

在權益證明中，如果你有一些幣，你可以抵押那些幣，并且獲得更多同種類的幣。而在工作量證明中，你總是可以獲得更多幣，但你需要一些外部資源來達成。因此，人們會認為長期而言權益證明的幣的分配會更集中。

我的回應是，在?PoS?中，報酬一般而言會很低?(所以驗證者的獲利也會低)。在?eth2，我們預期驗證者的年收益率會相當于總?ETH?供給量的?~0.5-2%。而且更多驗證者抵押，利率會更低。因此，可能要花個一世紀，整個資產集中程度才會翻倍，而且在這樣的時間跨度之下，其他促進分配的壓力?(人們想花他們手上的錢，分配資產到慈善或他們自己的子孫等等)?比較可能會占上風。

權益證明需要「弱主觀性」?(weak?subjectivity)?而工作量證明不需要。

關于「弱主觀性」的概念可以看這個原始介紹。本質上，就是節點在第一次上線，或是在離線很長一段時間之后?(數個月)?再次上線，這個節點必須要透過第三方的資源，才能決定正確的鏈頭在哪。這個第三方可以是他們的朋友、可以是交易所或區塊鏈瀏覽器、或是客戶端開發者本身、又或是其他角色。PoW?則沒有這樣的要求。

然而，這可能是一個很弱的要求。事實上，使用者本身就已經必須對客戶端開發者、或「社群」有這種程度的信任。最起碼，使用者必須信任某個人?(通常是客戶端開發者)?來告訴他們協議是什么，這個協議曾經經歷過什么更新。這在任何軟件應用中都無法避免。因此，PoS?的邊際信任成本仍然很低。

但就算這些風險最終會發生，對我而言?PoS?系統仍然利大于弊：更高的效率、應對攻擊并從攻擊中復原的能力更強。

參考來源：Proof?of?Stake?FAQ一種?Proof?of?Stake?設計哲學來源鏈接：vitalik.ca

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