pos機跟區塊鏈有什么關系

1、什么是POW和POS,二者區別聯系

為了深入理解 Staking 和 PoS（權益證明），本文中我們將把它與當前最主流的共識機制——PoW（工作量證明）進行比較。目前大多數公鏈采用的都是 PoW ，但隨著 PoS 日益受到關注，可以預期在不久的將來，PoS 的比例將會超過 PoW。

現在幾乎所有新推出的公鏈都是基于 PoS，甚至連第二大公鏈以太坊也將在下一次重大升級中轉向 PoS。這是為什么呢？PoS 真的比 PoW 好嗎？

PoS 的確在一些方面優于 PoW，在下文中我們將從幾個維度對二者進行比較分析。

一、PoS 的定義

首先，讓我們來解釋一下基本概念。

| PoW 和 PoS 是兩種不同的算法，它們決定分布式網絡中的共識，以及如何獎勵共識維護者。

換句話說，PoW 和 PoS 闡述了如何發行新幣為網絡提供激勵，獎勵那些提供資源的共識維護者。這些幣的價值背后都有資源支撐（礦機、ASIC 芯片或者一定數量的幣等），而且拿到獎勵的前提是你必須付出誠實的行動。不管是BTC、ETH，還是XTZ，皆是如此。

你也許會說：在網絡中提供或鎖定某些資源，同時承擔一定風險，這聽起來很像 Staking 。沒錯，的確是這樣！

PoW 其實可以用 PoS 的邏輯來理解，花錢買礦機設備和電力就相當于 Staking 的一種形式。我們可以進一步總結為，Staking 是一種傳統的經濟形式——投入資本以獲取回報。

盡管這樣理解在某些情況下也不算錯，但我們還是回到二者的定義和它們的核心區別上來。

PoW 網絡的安全性來自于哈希算力，理論上算力越大收益越高，具體可參考比特幣的礦工和礦池。

PoS 的安全性來自于抵押經濟的價值，理論上 Staking 的數量越高收益越高。（之所以說“理論上“，是因為 Validator 的選擇是隨機的，這樣可以避免過于中心化。）

盡管每個共識協議都不盡相同，但仍有一些基本原則可供我們來比較。

接下來，我們將通過發展趨勢、可擴展性、網絡安全、去中心化、成本、治理、社區參與、冷啟動、環保多方面對 PoW 和 PoS 進行比較。

二、發展趨勢

盡管 PoS 比 PoW 的歷史短，在整體市場中份額也小，但它正在飛速地發展。

實際上，按市值計算的前三十名加密貨幣中有十三個已經使用了 PoS 或類 PoS，包括 EOS、Stellar、Tron、Dash、Neo、Binance Chain、Ontology、Tezos、NEM、VeChain、Waves、Qtum、Decred、Lisk，另外還有三個（ETH、Cardano 和 OmiseGO）正在轉向 PoS。

這也意味著市場前三十的幣種中有超過一半在使用 PoS。另外，幾乎所有的第 二層解決方案都在使用 Staking 機制。甚至連比特幣的閃電網絡也可以被認為是 PoS 的某種形式：一些中繼節點把比特幣 stake 起來，幫助用戶通過通道進行交易，并從中賺取一些手續費。

· 總 Staking 市值：》 160 億美元

· Staking 中鎖定的總價值：》 50 億美元。

· PoS 市值占比：9.80％

· 除 BTC 和 ETH 外，PoS 市值占比：26.6％

PoS權益證明與PoW工作量證明的比較

這些數字還在持續增長，而且許多人預計 PoS 鏈的總價值將在今年年底達到 500 億美金。隨著 Binance Chain、Cosmos 和 Polkadot 將各種項目轉移到 PoS 區塊鏈協議，以及 ETH 2.0的推出，PoS 鏈的總價值可能會超過這一規模。

權益證明（PoS）似乎正慢慢占據整個市場。

三、可擴展性

談及可擴展性時，必須要考慮到交易吞吐量和交易確認時間。

交易吞吐量：出塊時間和區塊大小限制了網絡的交易吞吐量。采用 PoW 機制的比特幣出塊時間大概是十分鐘，其它幣種短一些，以太坊可以減少到十五秒，交易吞吐量也會隨著出塊時間的減少相應略有增加。

在 PoS 共識維護者（比如 Validator、區塊生產者）的共同努力下，由于出塊時間短了很多，交易吞吐量平均要比 PoW 高出很多。

舉個例子，Tezos 已經能實現每秒 40 筆交易（40 TPS）。DPoS（委托權益證明）中的EOS、TRON甚至已經可以處理超過 1000 TPS 的交易。

PoS權益證明與PoW工作量證明的比較

交易確認時間：交易確認時間也是區塊鏈可擴展性一個重要的衡量因素，尤其是在商業環境中。在 PoS 共識機制中，交易速度更快，甚至在某些場景下的幾乎能實時確認。

四、網絡安全

眾所周知，早在 2009 年比特幣作為 PoW 的先驅就已啟動，并穩定運行了十多年，后來的很多其它數字貨幣也都采用了 PoW 共識機制。十年來，PoW 已成為一個公鏈設計模版，歷經多次攻擊，可靠性和安全性久經考驗。

短期內 PoW 可能受到挖礦壟斷的威脅，通過購買外部設備提升算力，發起 51% 攻擊。但對于比特幣來說，購買哈希算力來實現此類攻擊幾乎是不可能的，但對于一些小規模的 PoW 鏈，像 Verge、ETC 則是可行的。

如果要估算對比特幣實施 51% 攻擊的成本，我們首先要考慮硬件和電力成本。

· 總哈希算力： 50，000，000 TH/s

· 螞蟻礦機 S9 當前價格： $300

· 螞蟻礦機 S9 哈希算力： 13 TH/s

· 51% 攻擊的硬件成本： $1，153，846，153 USD （約占網絡價值的 1.11%）

PoS 和 Staking 還是新鮮事物，雖然像 PeerCoin、Ardor 這些幣已經存在了很長時間，但是第一個主流 PoS 鏈 Tezos 直到 2018 年夏才上線。

PoS 幣還沒有做過嚴格的壓力測試，所以我們也不知道可能將面臨什么樣的問題。

以下列舉一部分 PoS 可能面臨的攻擊：

長程攻擊Long Range Attack

長程攻擊就是攻擊者創建了一條從創世區塊開始的長區塊鏈分支，并試圖替換掉當前的合法主鏈。該分支上可能存有和主鏈不同的交易和區塊，所以這種攻擊又被稱為替換歷史攻擊或歷史覆寫攻擊。

無利害攻擊Nothing at Stake Attack

PoS 網絡還存在無利害攻擊。不像 PoW，PoS 運行多條鏈的成本很低，Validator 可以向多個鏈投票而不會遭受任何損失，這就違反了共識協議。

51% 攻擊 （51% Attack）

你可能以為發起 51% 攻擊需要持有總幣量的 51%，但是在一些 PoS 網絡中，只需要最少 33% 的 stake 資金就能發起這樣一場攻擊。

而且如果能吸收他人投票，攻擊者甚至都不需要用自己的幣去發起攻擊，他們甚至還可以通過購買或賄賂的方式來獲取投票。

還有一點就是，我說的這 33% 不是該 PoS 幣總供給量的 33%，而是 Staking 資金池的 33%。這樣來算的話，發起 51% 攻擊所需要的幣量會更少。

低 Staking 參與率 Low Staking ParticipaTIon

如上所說，在一些 PoS 網絡中，只需要質押活躍在資金池中 33% 的幣量就能發起一場 51% 攻擊。比如，stake 率為 25%，33%* 25%=1/12，即發起一次攻擊只需要該 PoS 幣總供給量的 1/12。

私鑰攻擊 Private Key Attack

私鑰聯網后一旦被獲取，攻擊人就會獲得 Staking 資金的所有權和簽署交易的權利。即使私鑰不直接控制所有 Staking 資金，獲得了私鑰就獲得 ValidaTIon 和 Staking 的權力，方便發起攻擊。

所以說，PoS 網絡中一個很大的安全風險存在于把網絡價值（stake）轉移到 Validator 的過程中，這期間可能導致的高度中心化和網絡攻擊。只要擁有大量資源，就可能通過購買選票或 Validator 的壟斷組織來發起一場攻擊。

LISK 就在發生類似的情況，Validator 成立了幾個組織來操控激勵份額。EOS 的 Validator 還制定了 EOS 憲法，規定投票者不能獲得任何的獎勵。

大家請留意以上提及的幾種攻擊，部分 PoS 在設計之初可能針對這些攻擊有所預防，但目前 PoS 仍然沒有經歷過實際的壓力測試。

像 DCR、DASH 這樣的混合共識機制也已經開始出現，出于安全考慮，它在挖礦中使用比特幣作為母鏈，同時又有著類似 EOS 的 DPoS 共識算法。這樣的混合共識機制也值得探索。

五、去中心化

PoW

PoW 挖礦依賴機器設備，這些設備有較高的門檻，并且技術被少數公司壟斷。

挖礦也是一項艱巨的工程，因為購買 ASIC 芯片屬于長期投資，不像 PoS 資金那樣具有流動性。

而且現在挖礦的利潤又很低，只有那些擁有硬件技術和廉價電力的大型企業才能有利可圖。

PoS

與 PoW 不同，PoS 共識機制的核心是網絡中的幣，這些幣可以在交易所甚至 OTC 市場大量購買，不需要通過挖礦獲取，所以參與 Staking 幾乎沒有門檻。在 PoS 共識機制中，超級節點可以通過運行和維護網絡獲得獎勵，所以運行節點的動機是很高的。

雖然不是所有人都愿意或有能力去運行節點，但是 Staking 機制對于去中心化是很重要的，因為 PoS 允許所有持幣人在沒有運行節點的情況下投票并參與共識。

不過你會不會認為在 PoS 共識機制下富者恒富呢？和 PoW 相比，其實不然。在 PoW 共識機制中，“富者恒富”的法則更明顯，有錢的礦工可以買很多 ASIC 礦機，他們有資源優勢并享受高回報。PoW 的大礦工享受規模經濟下的回報；但對于 PoS Staker 而言，只有線性收益。

六、成本

討論成本，我們得從三個方面來考慮：

1. 鏈上交易成本

2. 維護區塊鏈所需要的資金成本

3. 補償 Validator 或礦工所需要的通脹成本

鏈上交易成本

在公鏈上存儲數據是極其昂貴的，每個字節都需要傳送到區塊鏈網絡里的每個節點，并被這些節點儲存。

在 PoW 共識里，比特幣交易的成本大約為 1.91 美元每筆，以太坊的交易成本約為 0.1 美元每筆，交易成本會隨著幣價的漲跌變動。牛市高點的某些時候，比特幣和以太坊交易費用分別可高達 54.9 美元和 5.5 美元。

在 PoS 共識里，交易費用就低很多。拿 Tezos 舉例，每筆交易費用只有 0.01 美元左右，其它像 Cosmos 的 PoS 幣也差不多。

現在，我們再來看看維護區塊鏈所需要的成本。

維護一個區塊鏈所需要的成本

PoW 需要高昂的硬件和電力成本，而在 PoS 里，成為一個 Validator 就只需要一臺安全&良好運行的設備，和很少的電力成本就可以了。

在比特幣網絡里，每年所需的硬件維護成本大概是 20億 美元（這些硬件的壽命大概是 18 個月），電力成本約為 40億 美元（電力按 0.08 美元每千瓦算）。

這就是說，為了 PoW 網絡的正常運行，需要投入網絡總價值的 6.5%。而在 PoS 網絡里，維護成本僅占網絡總價值的 0.1%。

通脹成本

在 PoS 網絡里，通脹率約為 6%，而 PoW 網絡里，這一比例約為 4%（只是預估）。

區塊鏈的激勵設計會隨著時間的推進而降低通脹，PoW 比 PoS 存在的時間更久，因此我們可以說二者的通脹水平是差不多的，未來 PoS 的通脹率也會變得越來越低。

在 PoW 網絡里，那些不是礦工的投資者并沒有一個好的抵御通脹的方法，而在 PoS 網絡里，持幣者卻可以通過幣生幣獲得一定收益。

七、治理

在 PoW 網絡里，協議治理可分成幾方：

1. 礦工：決定交易信息是否被確認以及該挖哪條鏈

2. 用戶：決定該接受哪個協議，以及使用哪個生態

3. 基金會：決定如何在不同的開發組織間分配資金

4. 節點：決定運行哪個軟件并通過 API 向用戶提供服務

在 PoW 網絡，很難說到底誰持有最大的投票權，因為 PoW 里的投票權很難量化。然而，為了維護網絡以及管理巨大的資源和網絡，在各方之間依然需要有一個共識。PoW 網絡中治理的透明度匱乏使得協議的設計和升級進程緩慢。

PoS 治理也是分布在以上提到的幾個群體，但是治理機制更加系統，我們可以遵守一條簡單的規則—— 1:1 投票。

而且，在 PoS 網絡里，我們可以實施鏈上治理 （實際上，PoW 網絡也可以實現，但目前沒有嘗試）。鏈上治理允許我們創建協議或對協議提出改進的建議，還可以在鏈上進行投票。基于鏈上投票的結果，協議可自動執行。目前 Tezos 就是采用的這種鏈上治理機制。

其它治理投票的 PoS 例子還有：

· EOS

· Decred

· Dash

· Cosmos

PoS 治理中清晰透明的投票設計有利于協議變動可以被快速執行。

八、社區參與

PoW 礦工有著傳統的商業思維，他們更愿意投資一種自己熟悉的傳統商業模式。對于他們來說，挖礦類似于工廠制造業。挖礦設備就是生產設備，技術越高級，效率就越高。廉價的電力對于挖礦業來說是必要的資源，這些商業模式對于市場價格的依賴和傳統工廠依賴鋼鐵價格一個道理。

這其中當然是有風險的：如果數字貨幣價格下跌，挖礦可能會變得無利可圖。但在大多數情況下，市價拋售所有幣也是能賺到錢的。

今天的礦工大多數都是礦機設備和電力有一定資源的人，他們很少有動力參與到社區中來。如果他們真的相信幣的價值，直接投資即可回報不菲。直接投資比特幣現在的回報已經超過挖礦，我們認為長期這一趨勢不會改變。

相比之下，PoS 里的 Validator 更像是投資人，他們需要對所持數字貨幣背后的技術有很深的理解，同時對協議的發展作出貢獻。大型PoS 幣種一般都有獨立的研究團隊。

為了獲得更多的投票，這些 Validator 一般需要持有大量的幣。通過 Staking 或者提供 Staking 服務，這些資金會被鎖定一定時間，如果想動用部分資金，那他們可能不能繼續為所有的客戶提供服務。

這樣 Validator 就成為了長期投資者，他們更有動力驅動技術和價值。激勵越高，投入越多。

這就好比早期階段的創業投資，VC 為他們投資的公司提供支持。這一比喻形象地概括了挖礦投資理論，在 Coinfund 使用后廣為傳播。

九、冷啟動

發行一條公鏈最好的辦法是什么？鑒于代幣在公鏈采用和融資中起到的作用，我們必須考慮到公眾通過什么方式獲得代幣。

發行一條 PoW 鏈是十分簡單的。最初 PoW 的發行量為 0，每個人通過挖礦獲得平等的參與權。這個過程看起來相對簡單、平等、透明。

為了給持續的協議研究和發展提供支持，還可以像 Zcash 一樣成立一個發展基金， 有一小部分的區塊獎勵直接授予開發者。

PoS 網絡的冷啟動（Bootstrapping）要更復雜，從一開始，就需要多方都持有一部分權益，ICO 比例在發行前就被決定了。

最普遍的方法是代幣發行（ICO 也好，IEO 也好，或者其它的形式），原始代幣供應被賣或發給投資者、開發者團隊、基金會、理事會等等。

因為參與原始權益分配的大型投資者準入門檻高、同時也可以拿到豐厚回報，這種代幣發行一般不太公平，對于社區的普通投資者來說有較多的限制。

代幣的授予期通常不透明，而且時常變來變去。這也意味著投資者的權益可能被稀釋了，但仍被蒙在鼓里。

另一種發行代幣的方法是空投，人們不需要直接投資即可收到一定數量的代幣。這種代幣空投通常在接收者不知情的情況下發生，而且數量極其少，相比于總量來說幾乎可以忽略。由于透明度的缺失，這似乎也不是最好的方法。

除此之外，也有其它一些冷啟動方式出現，但依然出于早期階段，現在很難下結論。其中一個是 Cosmos 引入的類似于“跨鏈空投”的概念，它是通過硬分區（hard spoon）實現——通過復制一條 PoW 或 PoS 鏈上的數字貨幣帳戶余額到一條新的 PoS 鏈上，這條鏈上的新數字貨幣具有互用性，并可以拿來做 Staking。

“Hard Spoon：基于一個現有的區塊鏈網絡狀態形成一條新鏈；該新鏈不是和原有鏈進行競爭，而是提供了更為廣泛的訪問。”  Tendermint 創始人 Jae KwonJae Kwon

十、環保

如果我們看保護一條公鏈的成本，PoW 比 PoS 貴太多了，畢竟設備和電力成本很高。從這個角度來看，PoW 對環境顯然不友好。

盡管如此，我們認為消耗的電力與我們所得到的價值相比還是微不足道的。我們得到的是一個去信任化、全球化、不可篡改、安全度極高的賬本。和黃金開采、以及現有金融體系消耗的成本相比，PoW 的成本并沒有那么高。如果只看對環境的影響，我們承認 PoS 更優，因為它更環保。

結論

在本文中，我們從幾個維度把 PoW 和 PoS 進行了對比。兩者都不完美，未來不會出現一種共識機制統一天下的情況。

我們強烈地相信，最終至少有一條 PoW 鏈會存在，它很可能是比特幣。 PoW 鏈提供了無可比擬的安全性和不可撤銷性，而且可以作為全球結算層以及真實數據的一個來源。圍繞比特幣，人們寄托了很多愿景，同時也存有諸多爭議。

越來越多新的區塊鏈協議開始采用 PoS 的安全模型，而且隨著以太坊逐漸從 PoW 轉移到 PoS，PoS 所占的比例也將大幅增加。

大多數的第二層解決方案也采用 PoS，帶動 Staking 的話題在區塊鏈的世界里變得火熱起來。

如果我們來看看像 Cosmos 和 Polkadot 這些互動型和應用型的 PoS 鏈，我們會發現 PoS 甚至會和一些像比特幣、門羅幣、大零幣這樣的 PoW 鏈產生聯系。這些 PoW 鏈需要擁有自己的分區（Zone）、平行鏈（Parachains）和網橋（Bridges）或者與它們進行聯通，間接地成為 Staking 經濟中的一份子。

總結一下，PoS 日漸崛起的原因有：

1. 可以賺取 Staking 收益，不被通脹稀釋

2. 參與共識的低門檻準入

3. 可擴展性更強

4. 沒有規模經濟效應，更去中心化

5. 維護區塊鏈成本更低

6. 1:1 投票，治理更透明

7. 對共識維護者（比如 Validator）和社區有更高的激勵

8. 更環保

值得一提的是，以上提到的幾個優勢是有一定代價和成本的。PoS 目前還沒有像 PoW 那樣可追溯的歷史數據。未來，隨著整體市場的成熟，我們將會看到PoW 和 PoS 的發展軌跡越來越完整，也更便于我們學習。當然不會出現一鏈統天下的狀況，就像不會只存在一種算法。像 Decred 這種 PoS+PoW 混合體系可能會越來越受歡迎，但這又是另一個話題了。

POW：全稱Proof of Work，工作量證明。

POS：全稱Proof of Stake，權益證明。

這兩者都區塊鏈的共識機制，是數字貨幣的記賬方法。

區別是：

1、POW機制：工作量證明機制即對于工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基于工作量證明機制構建的區塊鏈網絡中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。

2、POS機制：權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。

擴展資料：

比特幣（BitCoin）的概念最初由中本聰在2009年提出，根據中本聰的思路設計發布的開源軟件以及建構其上的P2P網絡。比特幣是一種P2P形式的數字貨幣。點對點的傳輸意味著一個去中心化的支付系統。 

與大多數貨幣不同，比特幣不依靠特定貨幣機構發行，它依據特定算法，通過大量的計算產生，比特幣經濟使用整個P2P網絡中眾多節點構成的分布式數據庫來確認并記錄所有的交易行為，并使用密碼學的設計來確保貨幣流通各個環節安全性。P2P的去中心化特性與算法本身可以確保無法通過大量制造比特幣來人為操控幣值。

參考資料：百度百科-共識機制

POW全稱Proof of Work，即工作量證明；POS全稱Proof of Stake，權益證明。Pow和pos都屬于區塊鏈的共識機制。

PoW和PoS的全面比較可參考：知乎：PoW和PoS的全面比較

https://v.vzuu.com/video/1129824006290935808

隨著區塊鏈技術的發展和演變，包含了：POW、POS、DPOS、Pool驗證池、DBFT、POC、POR等共識算法機制。今天，貝數區塊鏈就和大家一起聊聊POW、POS、DPOS幾個主流共識機制的相關知識。關注貝數區塊鏈、從小白變大神！

我們來說點簡單易懂的。
POW是工作量證明，典型的代表就是比特幣，比特幣礦機通過計算哈希值，來確定新的區塊由誰來主導，這個時候就要由工作量證明來體現區別，比特幣的哈希值，是每個機器都能一次算出來一個值，但是不一定這個值就是最符合標準的，所以單位時間內誰算的次數最多誰的機會就越大，所以就有了大家瘋狂買礦機，并且必須要加入礦池才能挖礦的原因。

POS是權益證明，這個就像是存證，如果你想要挖礦的話，POW加入的是礦池，POS就要加入節點，你持有的幣越多，那么后續你記錄，挖礦的機會就越大，整體感覺就有點像是存款，你存的越多，你獲得的利息就越高，當然銀行的利率是不會變的，但是節點的挖礦幾率是有變化的。Hubox研究院——給你帶來最簡單的區塊鏈知識。

2、區塊鏈共識機制?

PoW：工作量證明 (Proof of Work，簡稱 PoW ) ，簡單的解釋就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。因為監測工作的整個過程通常是極為低效的，而通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量，則是一種非常高效的方式。比如現實生活中的畢業證、駕駛證等等，都是通過檢驗結果的方式所取得的證明。這就是說，你獲得多少幣，取決于你對挖礦貢獻的有效工作。簡單的理解，你電腦性能越好，你獲得的收益就會越多，這就是根據你的工作量來執行幣的分配。大部分的數字貨幣，比如比特幣、萊特幣等等，都是基于 PoW 模式的虛擬貨幣(算力越高、挖礦時間越長，你獲得的幣就越多)。
PoS：PoS 是一種在公鏈中的共識算法，可作為 PoW 算法的一種替換。PoW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區塊鏈安全的一種機制，但是 PoW 算法在挖礦過程中因破壞環境和浪費電力而受到指責。PoS 試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。
PoS 機制可以被描述成一種虛擬挖礦。PoS 主要依賴于區塊鏈自身里的代幣。在PoW 中，一個用戶可能拿 1000 美元來買計算機，加入網絡來挖礦產生新區塊，從而得到獎勵。而在 PoS 中，用戶可以拿 1000 美元購買等價值的代幣，把這些代幣當作押金放入 PoS 機制中，這樣用戶就有機會產生新塊而得到獎勵。在 PoW 中，如果用戶花費 2000 美元購買硬件設備，當然會獲得兩倍算力來挖礦，從而獲得兩倍獎勵。同樣，在 PoS 機制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機會獲得產生新區塊的權利。

3、【Discover ETH】什么是權益證明PoS

本篇作為Discover系列文章的開篇，結合ETH2.0的目標，來談談權益證明PoS是什么。

在談PoS之前，我們先來了解一下共識。共識，即達成了普遍協議。區塊鏈實質上是一個全球性的狀態機，達成共識意味著網絡上至少有超過一半（51%）的節點同意網絡的下一個全球狀態。
共識機制 （也稱為共識協議或共識算法）允許分布式系統（計算機網絡）協同工作并保持安全。當前主流的共識機制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設計之初就希望最終以太坊的共識機制能轉變為PoS，而PoW只作為一個過渡階段。但無論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實現分布式計算機的共識機制。下面先簡單了解工作量證明（PoW）的工作機制。

工作量證明通過礦工們完成，礦工們需要競爭創建最新區塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網絡中的其他節點分享最新區塊，并且獲得最新的特定代幣區塊獎勵（如以太坊的以太幣）。由于用戶需要擁有超過網絡中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網絡安全得以保證。 這將需要巨大的設備和能源投入，所需的開支甚至可能超過收益。
工作量證明是08年在中本聰所創造的比特幣中提出的，至今已經經過了充分的考驗和測試，但隨著越來越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區塊的難度指數爆發式上升，也面臨的如下的問題：

PoS作為ETH2.0關鍵的建設目標，其作用不僅僅只是因為PoW帶來的環境不友好的能源消耗，還有PoS的建設能更有力支持 分片鏈 （以太坊網絡擴展的關鍵升級），更強的去中心化特性等等。下面從幾個方面來簡單談談權益證明PoS的工作過程。

在以太坊中，工作量證明的過程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過算力試錯來反復計算，以此生成一個低于目標隨機數的混合哈希。這個計算難度依賴于區塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權益證明中，則沒有礦工這一角色，與之對應的是稱之為 驗證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。驗證者被 信標鏈 隨機選擇去創建區塊，并且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊并且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。此驗證被稱為證明。
驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵，對于一些惡意驗證者節點，也會有相應的懲罰機制使之失去質押。驗證者質押的ETH越多，獲得的獎勵也越多。可以這樣說，權益證明是一種用于激勵驗證者接受更多質押的機制。

前面提到了 分片鏈 這個名詞， 分片 就是將區塊鏈分成多條鏈。驗證者將會在不同的分片上處理它們的分片數據，以此來提高區塊鏈的工作效率。ETH2.0預計會有64個分片鏈。
驗證者會被隨機洗牌到不同的分片中，以防止驗證者惡意操縱節點并提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數據的關鍵角色就是 信標鏈 （Beacon Chain）。
信標鏈 是協調分片信息、管理驗證者的連接不同分片的橋梁。
當用戶在分片上提交交易時， 驗證者 將負責將用戶的交易添加到分片區塊中。 信標鏈 通過算法選擇驗證器以提出新的塊。如果一個驗證者沒有被選中提出一個新的分塊，它們將會證明另一個驗證者的提議，并確認一切都正常。
至少需要 128 個被稱為 委員會 （ committee ）的驗證者來證明每個分片塊。委員會有一個提出和驗證分片區塊的時限，這個時限被稱為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個插槽只能創建一個有效區塊，一個 周期 （ Epoch ，大約6.4分鐘）有 32 個插槽。
每個周期過后，委員會都由不同的、隨機的參與者解散與重組，重組過程由一個半隨機算法 RANDAO 來選擇，以此避免惡意節點的操縱。

ETH2.0使用 Cassper 終局協議來確認一個新的區塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當前參與計算的2/3的驗證者節點），該區塊就會被最終確定。而推薦此區塊的驗證者將獲得獎勵。因此，在權益證明的機制下，每過6.4分鐘就會創建一個新的區塊。關于Cassper協議的詳細說明后續再進行探索。

權益證明的建設以太坊在15年就已經提出，截止至今也才完成了Phase 0信標鏈的建設。而下一階段的與主網合并，再下一階段的分片鏈建設也一再推遲。雖然PoS的建設非常緩慢，但無論如何，權益證明作為主流的共識機制算法之一，也是值得我們探討其設計原理。
后續將會針對信標鏈的詳細設計、分片等ETH2.0內容進行探索。

4、什么是區塊鏈?

【定義】

區塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案讓參與系統中的任意多個節點，把一段時間系統內全部信息交流的數據，通過密碼學算法計算和記錄到一個數據塊（block），并且生成該數據塊的指紋用于鏈接（chain）下個數據塊和校驗，系統所有參與節點來共同認定記錄是否為真。

　　區塊鏈是一種類似于NoSQL（非關系型數據庫）這樣的技術解決方案統稱，并不是某種特定技術，能夠通過很多編程語言和架構來實現區塊鏈技術。并且實現區塊鏈的方式種類也有很多，目前常見的包括POW（Proof of Work，工作量證明），POS（Proof of Stake，權益證明），DPOS（Delegate Proof of Stake，股份授權證明機制）等。

　　區塊鏈的概念首次在論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統（Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者為自稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的個人（或團體）。因此可以把比特幣看成區塊鏈的首個在金融支付領域中的應用。

　　【通俗解釋】

　　無論多大的系統或者多小的網站，一般在它背后都有數據庫。那么這個數據庫由誰來維護？在一般情況下，誰負責運營這個網絡或者系統，那么就由誰來進行維護。如果是微信數據庫肯定是騰訊團隊維護，淘寶的數據庫就是阿里的團隊在維護。大家一定認為這種方式是天經地義的，但是區塊鏈技術卻不是這樣。

　　如果我們把數據庫想象成是一個賬本：比如支付寶就是很典型的賬本，任何數據的改變就是記賬型的。數據庫的維護我們可以認為是很簡單的記賬方式。在區塊鏈的世界也是這樣，區塊鏈系統中的每一個人都有機會參與記賬。系統會在一段時間內，可能選擇十秒鐘內，也可能十分鐘，選出這段時間記賬最快最好的人，由這個人來記賬，他會把這段時間數據庫的變化和賬本的變化記在一個區塊（block）中，我們可以把這個區塊想象成一頁紙上，系統在確認記錄正確后，會把過去賬本的數據指紋鏈接（chain）這張紙上，然后把這張紙發給整個系統里面其他的所有人。然后周而復始，系統會尋找下一個記賬又快又好的人，而系統中的其他所有人都會獲得整個賬本的副本。這也就意味著這個系統每一個人都有一模一樣的賬本，這種技術，我們就稱之為區塊鏈技術（Blockchain），也稱為分布式賬本技術。

　　由于每個人（計算機）都有一模一樣的賬本，并且每個人（計算機）都有著完全相等的權利，因此不會由于單個人（計算機）失去聯系或宕機，而導致整個系統崩潰。既然有一模一樣的賬本，就意味著所有的數據都是公開透明的，每一個人可以看到每一個賬戶上到底有什么數字變化。它非常有趣的特性就是，其中的數據無法篡改。因為系統會自動比較，會認為相同數量最多的賬本是真的賬本，少部分和別人數量不一樣的賬本是虛假的賬本。在這種情況下，任何人篡改自己的賬本是沒有任何意義的，因為除非你能夠篡改整個系統里面大部分節點。如果整個系統節點只有五個、十個節點也許還容易做到，但是如果有上萬個甚至上十萬個，并且還分布在互聯網上的任何角落，除非某個人能控制世界上大多數的電腦，否則不太可能篡改這樣大型的區塊鏈。

【要素】

　　結合區塊鏈的定義，我們認為必須具有如下四點要素才能被稱為公開區塊鏈技術，如果只具有前3點要素，我們將認為其為私有區塊鏈技術（私有鏈）。

　　1、點對點的對等網絡（權力對等、物理點對點連接）

　　2、可驗證的數據結構（可驗證的PKC體系，不可篡改數據庫）

　　3、分布式的共識機制（解決拜占庭將軍問題，解決雙重支付）

　　4、納什均衡的博弈設計（合作是演化穩定的策略）

　　【特性】

　　結合定義區塊鏈的定義，區塊鏈會現實出四個主要的特性：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectively maintain）、可靠數據庫（Reliable Database）。并且由四個特性會引申出另外2個特性：開源（Open Source）、隱私保護（Anonymity）。如果一個系統不具備這些特征，將不能視其為基于區塊鏈技術的應用。

　　去中心化（Decentralized）：整個網絡沒有中心化的硬件或者管理機構，任意節點之間的權利和義務都是均等的，且任一節點的損壞或者失去都會不影響整個系統的運作。因此也可以認為區塊鏈系統具有極好的健壯性。

　　去信任（Trustless）：參與整個系統中的每個節點之間進行數據交換是無需互相信任的，整個系統的運作規則是公開透明的，所有的數據內容也是公開的，因此在系統指定的規則范圍和時間范圍內，節點之間是不能也無法欺騙其它節點。

　　集體維護（Collectively maintain）：系統中的數據塊由整個系統中所有具有維護功能的節點來共同維護的，而這些具有維護功能的節點是任何人都可以參與的。

可靠數據庫（Reliable Database）：整個系統將通過分數據庫的形式，讓每個參與節點都能獲得一份完整數據庫的拷貝。除非能夠同時控制整個系統中超過51%的節點，否則單個節點上對數據庫的修改是無效的，也無法影響其他節點上的數據內容。因此參與系統中的節點越多和計算能力越強，該系統中的數據安全性越高。

　　開源（Open Source）：由于整個系統的運作規則必須是公開透明的，所以對于程序而言，整個系統必定會是開源的。

　　隱私保護（Anonymity）：由于節點和節點之間是無需互相信任的，因此節點和節點之間無需公開身份，在系統中的每個參與的節點的隱私都是受到保護的。

區塊鏈有兩個含義：

1、區塊鏈(Blockchain)是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。所謂共識機制是區塊鏈系統中實現不同節點之間建立信任、獲取權益的數學算法。

2、區塊鏈是比特幣的底層技術，像一個數據庫賬本，記載所有的交易記錄。這項技術也因其安全、便捷的特性逐漸得到了銀行與金融業的關注。

狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。

5、區塊鏈1.0時代有哪些實際應用?

最近區塊鏈（blockchain）非常火，新聞媒體大量報道，國內眾多巨頭公司紛紛入場布局區塊鏈，把區塊鏈當做互聯網時代的偉大顛覆性創新，都想在區塊鏈上搶占自己的市場商機。那么區塊鏈究竟是什么呢？

今天小編簡單介紹下區塊鏈教程。畢竟它也不是很難的東西，核心概念非常簡單，幾句話就能說清楚。希望大家看了后可以理解區塊鏈，還會明白什么是挖礦，為什么挖礦越來越難等問題。
區塊鏈，Blockchain，用英文解釋起來比較順，是基于互聯網的一項技術創新，技術含量有限，架構精美。它是互聯網貨幣王者「比特幣」的技術基礎。今天，區塊鏈從幕后走向前臺，這是互聯網技術的一個進步，雖然它還不成熟。區塊鏈的主要作用是儲存信息。任何需要保存的信息，都可以寫入區塊鏈，也可以從里面讀取，所以它是數據庫。
一、區塊鏈特征
區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網絡交易的信息，用于驗證其信息的有效性(防偽)和生成下一個區塊。其主要含有以下特征：
去中心化
由于使用分布式核算和存儲，不存在中心化的硬件或管理機構，任意節點的權利和義務都是均等的，系統中的數據塊由整個系統中具有維護功能的節點來共同維護。
開放性
系統是開放的，除了交易各方的私有信息被加密外，區塊鏈的數據對所有人公開，任何人都可以通過公開的接口查詢區塊鏈數據和開發相關應用，因此整個系統信息高度透明。
自治性
區塊鏈采用基于協商一致的規范和協議(比如一套公開透明的算法)使得整個系統中的所有節點能夠在去信任的環境自由安全的交換數據，使得對“人”的信任改成了對機器的信任，任何人為的干預不起作用。
信息不可篡改
一旦信息經過驗證并添加至區塊鏈，就會永久的存儲起來，除非能夠同時控制住系統中超過51%的節點，否則單個節點上對數據庫的修改是無效的，因此區塊鏈的數據穩定性和可靠性極高。
匿名性
由于節點之間的交換遵循固定的算法，其數據交互是無需信任的(區塊鏈中的程序規則會自行判斷活動是否有效)，因此交易對手無須通過公開身份的方式讓對方自己產生信任，對信用的累積非常有幫助。
二、區塊鏈項目都需要挖礦嗎
并非所有的區塊鏈項目都會采用類似于比特幣這樣的“工作量證明”方式，這更多出現在早期的區塊鏈項目中。如果采取其他的證明機制，如“權益證明（Proof of Stake，PoS）”、“股份授權證明機制（Delegate Proof of Stake）”都是不需要采取這樣的挖礦方式。
區塊鏈有哪些種類
目前區塊鏈有三種：
1、公有鏈
任何節點都是向任何人開放的，每個人都可以參與到這個區塊鏈中進行計算，而且任何人都可以下載獲得完整區塊鏈數據（全部賬本）。比特幣就是最典型的公有鏈。
2、私有鏈
有些區塊鏈的應用場景下，并不希望這個系統任何人都可以參與，任何人都可以查看所有數據，只有被許可的節點才可以參與并且查看所有數據，這種區塊鏈結構我們稱為私有鏈。
3、聯盟鏈
聯盟鏈是指有若干機構或組織共同參與管理的區塊鏈，他們各自運行著一個或多個節點，之中的數據只允許系統內不同的機構進行讀取和發送交易，并且共同記錄交易數據。R3組成的銀行區塊鏈聯盟要構建的就是典型的聯盟鏈。
區塊鏈項目中一定需要出現某種幣嗎
不一定。
比特幣本身是作為一種支付系統，所以需要有一個價值度量的工具，必須要有bitcoin出現。此外，為鼓勵更多人貢獻自己的計算機來為系統提供計算，也需要有bitcoin來進行獎勵。
而在一些私有鏈的系統，可以設計專門的資產進行交易，每個節點都必須參與計算，這是每個節點責任也是權利，也不用考慮通過獎勵的方式來鼓勵他們參與。在這樣的系統里面，就可能不再需要設計某種幣的存在。
三、區塊鏈可以應用在哪些行業
區塊鏈主要的優勢是無需中介參與、過程高效透明且成本很低、數據高度安全。所以，在這三個方面有任意一個需求的行業都有機會使用區塊鏈技術。
四、大數據和區塊鏈有什么聯系
在大數據中使用區塊鏈技術，大數據的技術生態百花齊放，沒有哪個軟件能解決所有的問題，能解決問題也是在一個范圍內，即使是Spark、Flink等。在強調透明性、安全性的場景下，區塊鏈有其用武之地。在大數據的系統上使用區塊鏈技術，可以使得數據不能被隨意添加、修改和刪除，當然其時間和數據量級是有限度的。以時間、數據量為坐標軸，列出了目前大數據引擎大致擅長處理數據的范圍，區塊鏈可在其中成為一種很好的補充比如，對于存檔的歷史數據，因為它們是不能被修改的，我們可以對大數據作Hash處理，并加上時間戳，存在區塊鏈之上。在未來的某一時刻，當我們需要驗證原始數據地真實性時，可以對對應的數據做同樣的Hash處理，如果得出的答案是相同的，則說明數據是沒有被篡改過的。或者，只對匯總數據和結果做處理，這樣，只需要處理增量數據處理，那么應對的數據量級和吞吐量級可能是今天的區塊鏈或改善過的系統可以處理的。通過把大數據與區塊鏈相結合，能讓區塊鏈中的數據更有價值，也能讓大數據的預測分析落實為行動，它們都將是數字經濟時代的基石。

區塊鏈1.0的發展與數字貨幣密切相關，應用普遍集中在貨幣轉移、兌換和支付等方面。從某種意義上講，這個時期的區塊鏈技術找到了一個解決貨幣和支付去中心化的方案。

貨幣和支付構成了區塊鏈1.0時代最顯著的應用，出現了以比特幣為代表的一系列虛擬貨幣，如萊特幣、狗幣、瑞波幣、未來幣、點點幣等，全世界前后產生過數千種數字貨幣，到現在還在運行的大概有700多種。這些“另類貨幣”充當著互聯網上的“現金”，開啟了金融領域的另一片天地在虛擬貨幣的應用場景下，個人可以用一種去中心化、分布式且全球化的方式，在個人之間分配和交易各種資源。

這個時期的區塊鏈在金融領域掀起了一股巨浪。在轉賬、匯款和數字化支付相關領域，區塊鏈技術備受關注。在這些領域，傳統方式要通過銀行等中心機構進行開戶行、對手行、清算組織、境外銀行（代理行或境外分支機構）等煩瑣的處理過程，時間長，成本髙。應用區塊鏈技術后，支付可以實現端對端的交易，去掉了繁冗的中間機構處理環節，不僅快捷，而且交易成本非常低廉。尤其在跨境支付方面，基于區塊鏈的支付 系統可為用戶提供全球范圍的跨境、任意幣種的實時支付清算服務，跨境支付將以低成本方式瞬間完成。

鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的“智慧學習工場2020-學碩創新工作站 ”唯一獲準的“區塊鏈技術專業”試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。

轉載請帶上網址：http://www.keemji.com/posjifive/323338.html