VITA:Vitalik Buterin：解析 PoS 與 PoW 機制安全性優劣_VITAE

總體而言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。

原文標題：《Vitalik：權益證明vs.工作量證明(2020年11月)》撰文：VitalikButerin，以太坊創始人翻譯：Chih-ChengLiang、Hsiao-weiWang來源：ETH中文網

本文原由Chih-ChengLiang和Hsiao-weiWang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(ProofofStake,PoS)在區塊鏈安全性上優于工作量證明(ProofofWork,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。

數據：Vitalik近日將999枚ETH轉至0x5567開頭地址，約164萬美元:9月4日消息，據PeckShieldAlert預警監測，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin相關地址（0xD04d...8fd7）近日將約999枚ETH（約164萬美元）轉移至0x5567…31B1地址。

20天前，0x5567開頭地址之前曾收到來自Vitalik相關地址（0xD04d…8fd7）的約1701枚ETH，并在過去的20天內將這些資金轉移到Bitstamp存款地址。

Vitalik相關地址（0xD04d…8fd7）去年總共從鏈上標記為“Vb 3” 的地址收到了7萬枚ETH，其中包括2022年5月6日的約3萬枚ETH，以及2022年11月24日的約4萬枚ETH。該地址已將3.1萬枚ETH分發到4個地址：0xe692開頭地址、0x9e92開頭地址、0x5567開頭地址以及Bitstamp存款地址。[2023/9/4 13:16:08]

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。

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)。

Celestia：Quantum Gravity Bridge初期版本已上線Blockspace Race測試網:5月12日消息，模塊化區塊鏈網絡Celestia發推表示，Quantum Gravity Bridge的初期版本已于本周在Blockspace Race測試網上線，相應的合約已部署在以太坊Sepolia測試網上。

Quantum Gravity Bridge是一個從Celestia到以太坊的數據可用性（DA）橋接。Celestia使用Celestium作為可擴展的鏈下數據可用性 （DA） 解決方案為以太坊Rollup團隊提供服務。[2023/5/12 14:59:10]

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x2x$0.67資本成本)

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Proofofstake

Illuvium: Beyond游戲將于3月8日6時發布，同時開啟NFT集合Illuvitar鑄造:3月6日消息，RPG鏈游Illuvium在推特上表示，首輪Illuvitar及其配件，將于北京時間3月8日06:00（UTC時間2023年3月7日22:00）與新收藏游戲Illuvium: Beyond一起發布。

根據此前消息，Illuvitar是一個可定制的NFT集合，其中包含擁有各種配件、背景和表情的Illuvial插圖。Illuvitars將以兩種類型的打包出售，即Illuvitar D1SK和Mega D1SK。Illuvitar D1SK包括1件獎勵等級Illuvitar、1件隨機Illuvitar、3個配件，Mega D1SK包括1件稀有物、1件隨機Illuvitar、3個配件。用戶可以在銷售窗口期間鑄造無限數量的Illuvitar。一旦銷售結束，這些Illuvitar將永遠不會再鑄造。[2023/3/6 12:44:31]

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。

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%。

V神將推特名改回vitalik.eth:金色財經報道，以太坊創始人Vitalik Buterin將推特昵稱從豚林vitalik.eth改回vitalik.eth。[2022/6/14 4:24:40]

(譯注：6.667年=$1/(15%年報酬）；$2,433=$1/天x365x6.667)

總攻擊成本：$0.90/天*6.667年=$2,189

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」)。

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。

以太坊創始人Vitalik購買價值50ETH的UBI并進行銷毀:10月20日消息，據鏈上數據，以太坊創始人Vitalik Buterin錢包購買了價值50ETH的UBI并進行銷毀。據悉，Proof of Humanity 是引入人性論證的 DAO，使用社交驗證的登記系統，公開參與、真正民主的一人一票治理系統，$UBI是Proof of Humanity的代幣。[2021/10/20 20:42:02]

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(spawncampingattack)」，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proofofauthority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minorityuser-activatedsoftfork(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inactivityleak」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minorityblock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440USD/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」(weaksubjectivity)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：

ProofofStakeFAQ

一種ProofofStake設計哲學

來源鏈接：vitalik.ca

以太坊

以太坊

開放的分布式區塊鏈應用平臺，通過其專屬加密貨幣Ether以太幣提供去中心化的虛擬機，處理點對點合約。允許任何人建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用，沒有任何欺詐、審查、第三方監管。以太坊的概念首次在2013至2014年由維塔利克·布特林VitalikButerin受比特幣啟發后提出，旨在共同構建一個更全球化、更自由、更可靠的互聯網。以太坊EthereumETHERCERCERC20ERC721ERC以太坊查看更多

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