什么是工作量证明 PoW (Proof of Work)?

最早的区块链如比特币以及以太坊都是采用PoW共识机制保障区块链帐本的一致性与交易的最终性。

PoW的全名是Proof of Work,中文为工作量证明。

何谓工作量证明

网络上的节点可以简单地透过工作量证明,快速验证彼此是否拥有记帐权。

就像是我们求学时期所发的毕业证书,大学四年熬夜苦读、凿壁偷光就是为了获得那张毕业证书,求职时,面试官透过那张毕业证书,快速验证你大学的成果。

上述例子中,你的毕业证书就是你的“工作量证明”。

以比特币为例介绍PoW

每10~15分钟比特币网络上全体矿工会互相竞争,运用大量的运算能力去解一道複杂的数学题的答案,这个答案是一个随机数,可以想像题目大概长这样:

Hash{(前一个区块的Hash值),(当前区块的交易资讯),(随机数)}=当前区块的Hash值

矿工必须找出一串数字,代入上述公式,让当前区块的Hash值开头为18个0,例如:

0000000000000000001583447dd74c13c09280a9218827244089adadaba8c8c9

解答的过程没有轨迹可循,矿工只能不断代入随机数,透过暴力的解法找出答案。

挖矿难度

最先解开的人就能获得下一个区块的记帐权并获得比特币作为奖励。

比特币固定10~15分钟出块一次,但是如果节点越来越多、全网算力增加,会缩短算出答案的时间。

因此,比特币协议每2016个区块会调整一次挖矿难度,大约两个礼拜调整一次。

挖矿难度提高时,就必须找出有更多个0的当前区块Hash值,例如从原先的18个0增加到19个0,难度降低时则相反。

算力低的矿机没机会得到记帐权?

必须强调的是,挖矿的过程其实像是掷一颗20面的骰子,谁先骰到<2的数字谁就能获得计帐权,换句话说,矿机的硬体运算能力再强大,也只能提高获得计帐权的机率(骰骰子手速比较快),算力差的矿工不代表没有机会。

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很多人都认为,如果以后超级电脑普及,工作量证明不就没用了吗?

其实工作量证明数学题的难度相当高,因此取得记帐权的机会就像抽奖一样,即便某人拥有超级电脑,也只能够提高机率。

这就像在湖里丢一枚硬币,让一万个人去找这枚硬币,就算你是奥运游泳选手,也未必能第一个找到这枚硬币,只能提高找到的机率。

优点

容易实现,节点可自由进入,去中心化程度高。

破坏系统需要投入极大的成本,安全性极高。

缺点

为了保证去中心化程度,区块的确认时间难以缩短。

透过矿工的计算能力以及硬体成本确保矿工立意良善,挖矿过程中过多的能源消耗,使得这个机制非常不环保。

权益证明PoS(Proof of Stake)-持币挖矿

?posPoW共识机制虽然能够保证区块链帐本的安全性与去中心化,但PoW存在几个为人所诟病的问题,例如验证效率差、浪费能源、区块链分叉以及出块时间受限等问题。

于是开发者们不断探索其他可替代的共识机制,已期望解决上述这些问题。

token持有量取代算力

权益证明(Proof of Stake,PoS)共识机制,就是为了解决PoW局限性所衍生的另一种共识机制。

PoS与PoW的差别在于,PoS用加密货币抵押量取代矿工算力的比拼,节点不需要花大笔钱买矿机或缴交巨额电费,相反的,他们必须花钱买加密货币,并将这些加密货币抵押在智能合约中。

PoS共识机制下,大部份都是根据“币龄”以伪随机的方式,选择下一个区块的验证节点,简单来说就是,“抵押越多加密货币、抵押时间越长且距离上次获得记帐权越久的节点,获得下一次记帐权的机率越高”。

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人性本贪,节点抵押的加密货币都是成本,作恶有可能导致币价下跌,且抵押的代币会被没收,对节点而言就像是拿石头砸自己的脚,理性的节点为了最大化利益,理论上不会选择作恶。

锻造者取代矿工

所以在PoS机制下的节点称作锻造者(Forger),这样的验证机制使锻造者不需要像矿工一样耗费大量的电力竞争,能源消耗的问题被解决。

若锻造者希望在这个区块链之中增加竞争力,只需要抵押更多的加密货币并持续持有,而不需要新增电脑或矿机。

相较之下加密货币有机会增值,电脑或矿机只会贬值,所以就经济考量,PoS对节点也比较有利。

由于PoS的挖矿成本比PoW低很多,因此,PoS共识机制下不一定需要产出新的加密货币作为区块奖励,只需以该区块的交易费作为奖励,即足以维持系统安全。

且PoS甚至可以加入销毁机制,将一部分作为交易费的token从生态系统中销毁,藉此提高token的价值。

赏善罚恶

为了验证交易并创建区块,锻造者必须先质押自己的token,质押的token会被保管在智能合约中,锻造者仍然保有该token的所有权,只是不能随意动用。

一但有恶意锻造者批准了无效交易,那他们将被系统销毁部分资产作为惩罚,且token价格也会因为系统异常而下跌,进一步造成恶意锻造者的损失。

因此,理论上锻造者会被激励去验证正确的交易。

PoS机制不再需要浪费电力争记帐权,有效解决能源问题

验证效率提高

降低区块链临时分叉的机率

Nothing At Stake Problem(无利害关系)

过于资本主义(富者恒富)

质押挖矿-PoS共识机制下的DeFi

质押挖矿(Staking Mining)是什么?

我们用一个简单的小故事来解释。

阿平是一个了解区块链且认为Cosmos项目很有发展性的工程师,他认为反正钱包裡Cosmos的代币放著也是放著,不如我来弄一个节点,每个月还能赚一点区块奖励。

于是阿平就架设了Cosmos的验证器(Validator)/节点开始挖矿,挖著挖著他发现,持有的Cosmos数量太少了,挖矿的奖励不如预期,但是又没有钱买更多币,这该怎麽办。

阿平脑筋一动,拿起电话打给了Cosmos的长期投资人阿菜和阿祐,跟他们说:

“欸欸欸,我现在在当Cosmos的节点,你们的币放著也是放著,要不要乾脆放我这,区块奖励我们按比例分,我只要抽一点手续费就好。”

阿菜想也不想地就答应了,但阿祐眉头一皱,向阿平提问:

“不对阿,我把币给你,你要是把币都拿走了,那我怎么办。”

阿平笑了笑,说道:

“我当然会给你们保障阿,我会写一个智能合约,你们只需要把币打进去就好,我不会经手这些资产,打进去的币,只有打进去的人才能够移动,这样对大家都很公平。”

于是,三人取得共识,将币打进智能合约,由阿平负责节点运营,后来大家都知道阿平提供这样的服务,纷纷把币打进智能合约,交给阿平管理,后来Cosmos发展的越来越好,阿平成为主要的节点的运营商与阿菜和阿祐三人,靠著质押挖矿的机制,三十岁进入退休生涯。

如何质押挖矿?

质押挖矿的服务现在已经发展的越来越成熟了,目前已经有部分钱包商和交易所为用户提供简易的质押挖矿服务,大幅降低了参与网络共识的技术门槛。

不同的平台与项目会有不同的质押规则,我们以钱包商ImToken的Cosmos质押流程为例:

第1步:下载ImToken钱包并创建一个新的COSMOS地址

这部分下载钱包后按照指示操作即可,这部分需注意的是务必做好备份工作,钱包的助记词必须妥善保管,最好的方式是用手写,避免被骇客窃取的风险。另外,钱包务必在官网下载,否则会有钓鱼的风险。

第2步:转入ATOM

从交易所提币,打进钱包地址。

第3步:在钱包内进入质押操作

进入钱包自带的质押挖矿功能。

第4步:选择节点商

点选“验证者”选择你想要委託的节点商。

第5步:委托挖矿

输入你要委托的数量即可将币打进智能合约,开始挖矿坐等收益。

注意事项

过程中节点或者是任何人都不需要把币转账到任何人的钱包里,只需要在自己的钱包里操作即可,请勿上当受。

质押挖矿的风险

验证器/节点商风险

一般来说,节点商都会透过智能合约集资,若排除特殊情况的话,本金不太会发生问题,但这并不代表委托人不需要为节点商下功夫,关于节点商,还是有其风险存在。

节点商作恶不是只偷走委托人的钱,而是指为全网共识做出负面贡献,例如:节点长时间不参与网络共识并错过了几个块、双重签名扰乱网络共识或其他不符合共识规定的行为,都有可能因此被系统没收抵押的部分资产,而这也有可能会导致委托人的损失。

如Cosmos或IRISnet两个项目,验证者及其委托人都会直接受到惩罚,因此委托人必须慎选节点商。

另外,虽然质押的token会被锁定在智能合约,但区块奖励不会,而大部分委托人不会定期去计算自己获得的利息,是不是比照节点商所公布的报酬率。

因此,有些不良节点商会少给委托人其应得的奖励,也就是所谓的“吃钱”。

token价格波动

质押最危险的风险可能就是价格的波动性。

如果市场处于暴跌状态,即使你可能获得了相当多的质押奖励,换算下来,依然有可能会因会token跌价而导致最终的收益变为赤字。

因此,重要的是委托人必须清楚了解加密货币是高度不稳定的产品,存在相当大的风险。

如果你想要降低PoS质押挖矿的风险,如果想要降低代币价格波动的风险,其中一个解决方案是透过保证金交易,进行对冲锁定币价。

不过最重要的,还是选择一个具有真实技术和社群协议的区块链项目,而不是那些看起来支付最多奖励的营销商品,且不同的项目有不同的规则,委托人选择时必须熟知这些质押规则。

例如Cosmos质押挖矿时,如果要赎回必须等待21天才会入帐,这些都是委托人需要了解的规则。

总而言之,如果要降低质押挖矿的风险,除了要慎选项目与节点商外,还要学会不要把鸡蛋放在同一个篮子裡,同一个项目选择不同节点商,能够避免节点作恶造成的损失,选择不同项目,也可以避免因为单一币价的波动性所造成的亏损。

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