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Vitalik告訴你為什麼以太幣要從PoW轉向PoS

Vitalik Buterin

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在相同成本條件下，PoS提供了更好的安全性，從而可以抵禦潛在的攻擊

原文標題：Vitalik：以太坊從PoW 轉向PoS 的三大關鍵原因

原文來源：灑脫喜

譯者前言：在以太坊2.0 存款合約正式發布之後，以太坊朝著PoS 系統的轉變邁出了一大步，而以太坊聯合創始人Vitalik Buterin 在其新發表的文章中，總結了以太坊將從當前的PoW 系統切換到PoS 系統的理由，在他看來，在相同成本條件下，PoS 提供了更好的安全性，從而可以抵禦潛在的攻擊，此外，PoS 系統在遭受攻擊後能夠更快恢復，而最後一個優勢，則是PoS 相對於ASIC 挖礦更去中心化（註：不包括GPU 挖礦），儘管如此，Vitalik 也提到了PoW 系統可能存在的兩大優勢，但這些優勢仍不足以讓以太坊停留在PoW 系統。

與工作量證明（PoW）共識機制相較，權益證明（PoS）是一種更優越的區塊鏈安全機制，主要原因有三：

1、在相同成本條件下，PoS 提供了更好的安全性

最簡單的方法，就是把PoW 和PoS 放在一起，看看在區區塊獎勵為每天1 美元的網路中，進行一次攻擊的成本。

基於GPU 的工作量證明

你可以便宜地租用GPU，所以攻擊網路的成本只是租用足夠的GPU 功率以超過現有的礦工成本。對於每1 美元的區塊獎勵，現有礦工的成本支出應接近1 美元（如果他們支出更多，礦工將因無利可圖而退出，如果他們支出較少，新的礦工可以加入進來並獲得高額利潤）。因此，攻擊網路的花費並不會很高，而且只需要進行幾個小時的時間。

總攻擊成本：假設進行6 小時的攻擊，約為0.26 美元，當攻擊者獲得區塊獎勵時，有可能降低為零。

基於 ASIC 的工作量證明

ASIC 是一種資本成本：當你買了一台 ASIC 礦機，你可以期望它能在 2 年內使用，直到它磨損或被更新、更好的硬體淘汰。如果一條區塊鏈受到 51% 攻擊，社群可能會透過更改 PoW 演算法來回應，而你的 ASIC 礦機就會失去其價值。平均而言，在挖礦成本當中，持續成本約佔1/3，資本成本約為2/3（請參閱這篇文章）。因此，對於每天 1 美元的區塊獎勵，礦工將花費約 0.33 美元/天的電力+維護費用以及約 0.67 美元/天的 ASIC 礦機費用。假設一台 ASIC 礦機的使用壽命為 2 年，那麼礦工將需要花費 486.67 美元來購買這樣的 ASIC 硬體。

則攻擊總成本為：486.67 美元（ASIC 硬體成本）+0.08 美元（電力+維護成本）= 486.75美元。

而隨著加入的門檻越來越高，ASIC 以較高的中心化成本提供了更高級別的安全。

權益證明（PoS）

PoS幾乎完全是資本成本（存入的幣），唯一的營運成本是運行一個節點的成本。現在，人們願意鎖定多少資金來獲得每天 1 美元的獎勵？與 ASIC 礦機不同的是，存入的幣不會折舊，當你完成質押後，你可以在短時間內延遲內將幣取回。因此，參與者應該願意為同樣數量的獎勵支付更高的資本成本。

假設15% 的回報率足以激勵人們投資（這是預期的以太坊2.0 回報率），那麼每天1 美元的獎勵，將吸引6.667 年的存款，或約2433 美元。而一個節點的硬體和電力成本都很小，一台 1000 美元的電腦就可以質押數十萬美元的存款，而每月約 100 美元就足以支付電力和網路成本。我們可以保守地說，這些持續成本約佔總投資成本的 10%，也就是說，我們每天只有 0.9 美元的回報最終對應於資本成本，因此我們需要將上述數字削減約 10%。

則攻擊總成本為：0.90 美元/每天* 2433.455 天（6.667 年）= 2189 美元

長期來看，這一成本預計會更高，因為Staking 會變得更有效，人們對較低的回報率也會感到滿意。我個人預計，這個數字最終會上升到 1 萬美元左右。

請注意，獲得這種高安全級別的唯一“代價”，是在你Staking 時無法隨意移動幣所帶來的不便。甚至有可能是因為大眾知道這些幣都被鎖定了，從而導致幣的價值上升，所以在社區裡流動、準備進行生產性投資等的貨幣總量保持不變！而在 PoW 中，保持共識的「代價」，是真實的電力被瘋狂消耗。

更高的安全性還是更低的成本？

請注意，有兩種方法可以提高系統5-20 倍的安全性與代價比，一個是保持區塊獎勵不變，但增加安全性。另一種方法是大幅減少區塊獎勵（從而導致共識機制的「浪費」），並保持安全等級不變。

兩種方法都是ok 的，我個人更喜歡後一種，因為正如我們將在下面看到的，在權益證明（PoS）中，即使是成功的攻擊，其危害也要比工作量證明（PoW）的攻擊小得多，並且恢復也更容易。

2、權益證明（PoS）系統遭受攻擊後更容易恢復

在一個PoW 系統中，如果你的區塊鏈遭受了51% 攻擊，你會怎麼做？截至目前，實踐中唯一的回應就是「等攻擊者厭煩」。但這忽略了一種更危險的攻擊可能性，這種攻擊被稱為「覆巢攻擊」（spawn camping attack），意思是攻擊者一次又一次地攻擊區塊鏈，目標就是讓區塊鏈變得無用。

在一個基於GPU 挖礦的系統中，這是沒有辦法防禦的，持續的攻擊者很容易能讓一條區塊鏈永久地無用（或者更現實地，切換到權益證明或權威證明共識機制）。事實上，在最初的幾天之後，攻擊者的成本可能會變得非常低，因為誠實的礦工將會退出（原因是他們無法在攻擊期間獲得獎勵）。

而在一個基於ASIC 挖礦的系統中，社群可以對第一次攻擊做出回應，但這其實也是一種攻擊，社群需要透過一次硬分叉來改變PoW 演算法來應對第一次攻擊，從而「阻擋」所有的ASIC（攻擊者和誠實的礦工！）。但是，如果攻擊者願意承受最初的代價，那麼在這之後，情況又回到了GPU 的情況（因為沒有足夠的時間為新演算法構建和分發ASIC），因此在這種情況下，攻擊者仍然可以廉價地繼續執行覆巢攻擊。

然而，在PoS 的情況下，情況就要好得多，對於某些類型的51% 攻擊（特別是恢復最終確定區塊），在PoS 共識證明系統中有一個內建的「罰沒」機制，透過該機制，攻擊者的大部分質押權益（而沒有其他人的質押權益）會自動銷毀。對於其他更難檢測到的攻擊（尤其是51% 的聯盟審查攻擊），社群可以協調一次少數用戶激活軟分叉（UASF），在這種情況下，攻擊者的資金再次被大量銷毀（在以太坊，這是透過「閒置洩漏機制」完成的）。這不需要“銷毀幣的硬分叉”，除了需要在 UASF 上協調以選擇少數區塊之外，其他一切都是自動化的，只需簡單遵循協議規則。

因此，第一次攻擊區塊鏈將使攻擊者損失數百萬美元，而社群將在幾天內恢復元氣。而第二次攻擊區塊鏈，仍然會讓攻擊者損失數百萬美元，因為他們需要購買新的幣來取代已被銷毀的舊幣。同樣的，第三次、第四次……都需要花費攻擊者數百萬美元的成本，這場比賽是非常不對稱的，它不利於攻擊者。

3、權益證明（PoS）比ASIC 挖礦更去中心化

基於GPU 的工作量證明被認為是合理去中心化的（獲得GPU 並沒有很困難），但是基於GPU 的挖礦，在很大程度上不符合我們前面我們提到的防範攻擊的安全標準。另一方面，基於 ASIC 的挖礦需要數百萬美元的資本才能進入。

這也是對常見的「PoS 導致富人越富」論點的正確回應：ASIC 挖礦也意味著富人越富，而這場博弈更是向富人傾斜的。至少在 PoS 系統中，所需的最低質押金是相當低的，而且許多普通人都能實現。

此外，PoS 共識證明更具抗審查性，GPU 挖礦和ASIC 挖礦都非常容易偵測到：它們需要大量的電力消耗、昂貴的硬體採購以及大型場地，相比之下，PoS 的staking 可以在不起眼的筆記型電腦上，甚至透過V.P.N 來完成。

PoW 可能存在的優點

我認為PoW 有兩個主要的真正優勢，儘管在我看來，這些優勢也相當有限。

1、PoS 系統更像是一個「封閉」系統，這導致長期來看，系統的財富集中度會更高在PoS 系統中，如果你有一些幣，你可以選擇質押它們，然後得到更多的幣。而在 PoW 系統中，你總是可以賺取更多的幣，但你需要一些外部資源來做到這一點。因此，有人可能會爭辯說，從長期來看，PoS 系統的代幣分配可能會越來越中心化。

對此，我看到的主要回應是，在PoS 中，整體獎勵（即驗證者收入）將會相當低，在以太坊2.0 中，我們預期驗證者年化總收入相當於ETH 總供應量的0.5-2%。且參與 staking 的驗證者越多，其得到的利益就越少。因此要讓幣的集中度翻倍，可能需要花上一個多世紀的時間，而在這樣的時間範圍裡，其他壓力（想要花錢，將錢分配給慈善機構或其他方式等）可能會佔主導地位。