工作量证明（PoW）与权益证明（PoS）

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Author: Cryptomus

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工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）是加密货币世界中最著名的共识机制。领先的加密货币依赖于它们来提升性能并保持网络的完整性。在本文中，我们将解析它们的工作原理，突出它们的优缺点。

什么是工作量证明（PoW）？

工作量证明（PoW）是一种共识机制，允许矿工（验证者）确认交易并将其添加到新的区块中。为此，他们解决复杂的数学任务，并为其努力获得奖励。该系统为整个网络提供了一个透明且可靠的方式来达成对区块链及所有交易状态的共识，并且被认为是最安全的。为了生成一个有效的区块，矿工需要经历数万亿种数字组合。

PoW是如何工作的？

工作量证明算法的工作原理如下：矿工们竞争以更快地解决复杂的加密谜题。他们的目标是找到正确的nonce——一个独特的数字，使得区块的哈希满足特定条件。一旦矿工破解了谜题，他们就会将新块广播给网络中的其他参与者。如果其他参与者验证通过，这个区块就会成为区块链的一部分，矿工也会获得奖励。

这种方法的最大突破之一是解决了双重支付问题，即有人可能试图多次使用相同的加密货币。在PoW系统中，矿工必须证明他们为每个新块的创建付出了真实的努力——包括时间和计算能力。这就是该名称的由来：它是证明实际工作已经完成的证据。

PoW币种的例子

一些加密货币使用PoW共识机制，以下是一些使用该机制的例子：

比特币（BTC）： 首个采用工作量证明的加密货币，使用SHA-256算法。像所有PoW网络一样，比特币提供了强大的安全性，但需要巨大的能源消耗。在速度方面，区块每10分钟生成一次，或者在高峰期更慢，这限制了交易速度。尽管如此，比特币仍然是去中心化的基准，并因此赢得了“数字黄金”的美誉。
Kaspa（KAS）： 一种下一代PoW币，采用GHOSTDAG协议，使用kHeavyHash算法。Kaspa支持并行区块处理，提供极高的速度——每秒生成数十个区块——同时消耗更少的能源。它针对GPU挖矿进行了优化，并以其在可扩展性方面的技术创新而著称。
莱特币（LTC）： 通常被称为比特币的“白银”。莱特币同样使用PoW，但采用Scrypt算法。每2.5分钟生成一个区块，相比BTC，这意味着更快和更便宜的交易。其轻量级结构使它成为日常支付的流行选择。
狗狗币（DOGE）： 第一个获得主流关注的表情币。狗狗币使用Scrypt算法，并且每分钟生成一个区块。它比比特币更节能，并且矿工可以加入矿池，使其更容易入门。每个区块奖励固定为10,000 DOGE，这也是它建立忠实社区的原因之一。

现在我们已经介绍了最初且经过时间考验的共识模型，让我们继续了解它的主要替代方案——权益证明（PoS）。

PoW与PoS

什么是权益证明（PoS）？

权益证明（PoS）是一种替代共识机制，也是加密货币中最流行的算法之一，验证者确认交易并保持网络稳定，而不需要大量计算能力。

PoS的主要目标是以高能效提供网络安全性。与PoW中竞争性地创建区块不同，PoS参与者通过质押——“冻结”一部分他们的代币——来确认他们对网络公平运行的兴趣。任何拥有最小要求数量代币的用户都可以成为验证者，或者将他们的资金捐赠给质押池。

这使得参与支持网络变得更加容易，并显著降低了入门门槛，消除了PoS中对昂贵硬件和廉价电力的需求。

PoS是如何工作的？

PoS的工作原理是基于一系列因素，包括质押年龄、随机化和节点财富（质押的代币数量），通过随机过程选择下一个验证者（相当于矿工）。根据PoS的原始概念，区块链的控制权在参与者之间按他们拥有的代币数量成比例分配。用户通过在网络上锁定一定数量的加密货币成为验证者。

创建新区块的过程称为铸造，验证者的报酬通常来自交易费用。希望参与铸造过程的用户必须在网络上质押一定数量的代币。质押的大小影响节点被下一个验证者选中的概率：质押越大，机会越高。当一个节点铸造下一个区块时，验证者验证交易并将新区块添加到区块链中。

为了防止最富有的节点主导验证过程，PoS网络通常会采用额外的机制，如随机区块选择和代币年龄选择。算法通过基于每个质押者的质押份额进行抽奖来选择质押者。例如，如果某个质押者控制了某个网络上所有质押资金的30%，那么它有30%的机会铸造下一个区块。

PoS币种的例子

现在你知道一些加密货币是基于权益证明的，值得注意的是，网络可以在早期开发阶段或初始代币销售时采用PoS。在某些情况下，区块链最初运行在工作量证明算法下，然后切换到权益证明，就像以太坊的情况一样。

让我们更深入地了解一些基于PoS的加密货币：

以太坊（ETH）： 该区块链最初运行在PoW（Ethash）算法上，但由于高费用和缓慢的转账处理速度，面临严重限制。随着以太坊2.0的过渡和PoS的引入，网络放弃了挖矿，转而采用基于验证者的安全性。现在，任何用户都可以通过质押32个ETH成为验证者。通过PoS，以太坊将能耗降低了99.95%以上，并为未来的升级奠定了基础，包括分片技术，这将大大提高可扩展性。
雪崩（AVAX）： 它在Avalanche共识协议中使用了一种专有的PoS变种，具有高速和并行处理的特点。验证者通过局部子采样而不是全球决策参与决策，使得共识能够在不到一秒钟内达成。要参与质押，验证者必须质押至少2000个AVAX。一个重要的区别是，验证者不是随机选择的，而是参与所有区块的验证，这减少了攻击的概率并提高了容错性。
Cardano（ADA）： 使用其专有的Ouroboros算法，这是第一个基于科学研究的正式验证PoS机制。系统被划分为纪元和时段，在这些时段内，验证者被选中生成区块。任何用户都可以将ADA委托给质押池，获得部分奖励。参与不需要区块链资金——质押者保持代币的流动性。Cardano强调可持续去中心化、广泛包容性和数学上可靠的安全性。
Algorand（ALGO）： 实施纯权益证明（PPoS）模型，其中安全性和共识通过随机选择所有ALGO代币持有者的委员会来实现。即使是最低钱包余额也足以参与——PPoS算法不需要锁定资金。得益于轻量级算法，Algorand可以在不到5秒的时间内处理交易，并保证即时最终确定——区块无法被撤销或重写。

PoW与PoS的完整比较

工作量证明和权益证明是验证加密货币交易的两种主要方式。PoW和PoS之间的主要区别在于，权益证明要求参与者提供加密货币作为担保，以成功批准交易。而工作量证明则要求矿工计算复杂的数学更新。但哪种效率更高呢？让我们根据关键标准更详细地比较这两种算法。

能源消耗

PoW消耗大量能源。尽管这种高能耗确保了区块链的安全性，但它也减缓了交易验证过程，并且对矿工来说成本较高。权益证明是为了解决工作量证明协议的高计算成本而开发的。PoS网络消耗的能源显著减少，减少了PoW典型的环境影响。虽然挖矿需要昂贵的硬件，并非每个用户都能负担得起，但质押只涉及在网络中锁定一定数量的代币。

从可持续性角度来看，PoW对环境有负面影响。维持网络运行所需的计算机越多，消耗的能源就越大。PoW还导致了电子废弃物问题，因此PoS是更好且“绿色”的选择。权益证明不需要像PoW那样消耗大量能源或高技术的硬件和软件。

安全性

尽管PoW因其挖矿过程中的高碳排放受到批评，但它已被证明是一个可靠的区块链网络保护算法。通过PoW，矿工解决复杂的加密问题，这使得他们更难验证无效区块或进行双重支付。因此，破坏区块链的真实性几乎是不可能的。

另一方面，PoS依赖验证者通过经济激励来维护区块链的安全性和完整性。如果验证者“验证”错误的交易或区块，他们将面临“切割”处罚（即惩罚）。一个关键缺陷是，一些系统选择资金最多的验证者。这意味着在许多情况下，权益证明可能比PoW更不民主。

可扩展性

PoS承诺比PoW具有更好的可扩展性和吞吐量，因为无需解决复杂的方程式，交易和区块可以更快地获得批准。理论上，这意味着PoS可以更高效。然而，PoS是较新的，尚未在PoW的规模上进行测试。

为了更清楚地展示这两种算法的区别，我们为您准备了一张比较表：

特征	工作量证明（PoW）	权益证明（PoS）
能源消耗	工作量证明（PoW）非常高。需要强大的硬件进行挖矿。	权益证明（PoS）低。需要质押代币而非计算能力。
安全性	工作量证明（PoW）经过时间验证。极其昂贵且难以攻击。	权益证明（PoS）高，但取决于质押分布。稍微有些集中化风险。
可扩展性	工作量证明（PoW）有限。吞吐量低，交易速度慢。	权益证明（PoS）更好的可扩展性。更高的交易速度和更低的费用。