POW 和 POS 共识机制浅谈

POW(Proof Of Work)，工作量证明。

POS(Proof Of Stake)，权益证明。

两者都试图达到一种“随机选节点出块，选中概率正比于节点的某种可验证的资源，然后，由于我们采用最长链共识，于是想要推翻已经得到确认的块需要掌握 50% 以上的资源”的状态，只不过两者所需要的资源不同：前者是工作量，后者是拥有的币量。

通俗的说法是，质押财富帮助大家记账，而记账人不作恶的基础是质押的财富大于他做假账的收益。一个质押的是现实世界的财富(电费、人工、硬件成本等)，一个质押的是虚拟世界的财富(token)。

共识算法，就是大多数人对于同一问题达成统一的认识。有中心的时候就是中心说了算。现在解决的是去中心化后，谁说了算，那就“投票”。

投票权的分配：POW 给大家，一 CPU(矿机或 GPU)一票。POS 给大家，一币一(N)票。

俗话说的 51% 攻击，即女巫攻击，是指伪造投票，就看做的划算不划算。防御的方式肯定就是提高伪造“假票”成本，因此 POW 与 POS 都需要质押不同的财富(现实或虚拟)。

　一、POW

优势：匿名投票，无需许可;投票行为成本高(硬件、电力等);投票成本与所投票绑定(投完就无法修改)。

劣势：延迟高，TPS 低，消耗资源不环保。

针对延迟高与 TPS 低，提高出块速度和效率，解决办法是：1、如 ITC，降低出块难度;2、像 BCH，扩大块容量。

与普遍认知相比，速度上来了，效率反而变得更慢。区块越大，广播速度越慢。出块速度快，别人(30% 算力)出的块(A 链)还没广播过来，我自己(40%)倒是出了新块(B 链)。这时候，分叉严重，谁说了算就再次出现了。A 链、B 链，这时不需要 51% 算力，作恶者只需要 11% 的算力就可以让我的块作废，B 链数据同步为选择 A 链(即回滚)，大大降低安全性，只需要比最多算力的两个分叉差值大，作恶者就可以低成本伪造假票获利。

如果想避免分叉，广播速度和出块速度要合适，带宽利用率不能太高，TPS 自然被限定在一定范围内。比如比特币采用最长链共识，600 秒产生 1MB 的区块，相比较于带宽 100MB/S 甚至更大，其带宽利用率极低，安全性高。

二、POS

优势：延迟低;环保，节省资源。

劣势：通讯复杂度与投票人数成正比;非匿名，有许可;投票成本低(有签名即可);投票权可复用可转让。

通讯复杂度问题，简单且易解决：随机选取委员会代表投票或代理投票，如何公平分配随机数成为关键。

无利害攻击，一票多投。因为投票权和打包权分离，先投票再出块，拿到投票权是可以随便投，不管谁获得出块权，都有投票奖励。办法是监督机制，如有一票多投即惩罚，增加无形成本。

贿赂攻击，投票权可以转让，灵活且寻租空间，给与作恶者更多的操作空间，可以用非常低的成本买到更多的投票。

长程攻击，投票权的复用问题。A拥有 10% 的币或股权，使用完投票权获得奖励后，将该部分的币或股权卖掉，再把其对应的私钥卖给作恶者。而作恶者通过收集 50% 甚至更高比例的私钥来完全或部分覆写，重新创建一条从创世块开始的长区块链分支，做出新的区块代替诚实节点的块(回滚)，从而取代主链。解决办法：保证弱活跃性，每隔一段时间查看并同步主链最新状态。锁定押金，并限制回滚长度。

因此 POS 设计初衷基于安全假设，每个人都是理性的诚实人：1、他们不会提前告诉别人自己有投票权;2、投票以后要把当轮的私钥删掉，不能卖给别人;3、他们还必须定期上线去同步一下状态，算一下接下来的一段时间内自己是不是有投票权，如果有的话还要按时上线投票。

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编译者/作者：比德财经

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