工作量证明（POW）和权益证明（POS）的经济学比较

作者: Eric Wall

翻译 &校对：安仔 C1int &阿剑

原标题：《观点 | PoS 更便宜》

三个月前，我在推特上发了这张图片，并附了下面这句：

听说有人觉得“权益证明不那么浪费能源”

-用柴油发动机驱动的 EV 充电桩-

这条推特的本意是抖个机灵，但它无意中引发了我在推特上最有洞见的一次讨论。在这次讨论之后，我对这个问题的思维模式完全转变了。

本文主要是想分享讨论中迸发的洞见，以及我目前分析问题的思维过程。囿于篇幅，请谅解本文仅聚焦工作量证明和权益证明的经济学比较，不涉及其它内容。

前奏

一开始，那条推特是想重申 Paul Sztorc 的 “没有什么比工作量证明更便宜”的论断，这可能是工作量证明和权益证明比较上最有影响力的公开观点（编者注：中译本参见文末超链接）。

在 Paul 的文章中，他认为无论是计算哈希或者质押资产，我们为了赢取区块奖励所进行的劳动（以及在这个过程中负担的成本）最终会和兑付的区块奖励价值相当。简单来说，如果某一条区块链平均的区块奖励价值 1000 美金，那工作量证明的矿工会支付高达 999 美金的成本（不过不会更高了）来获取最大的出块可能性，而权益证明矿工也会承担高达 999 美金的锁仓成本（也不会更高）去进行权益证明中的质押。

Paul 还主张，不仅个人成本可以如此比较，社会成本也可以！在工作量证明的世界中，我们烧掉大量的能源以保证链的安全性；而在权益证明中，我们长时间锁定相当大一笔资本以谋求相当的安全保障。Paul 同时认为：将大量资本隔绝于宏观经济活动之外会伤害市场，阻碍技术的进步甚至抑制经济发展。这才是 Paul 的犀利之处，它从经济学角度回答了比特币之所以要保持原有设计的原因，在基本原理上拓展了原来仅从系统安全保障考虑问题的固化思维模式。

我这么多年一直活跃在加密货币领域，Paul 的观点基本上就是我从宏观去思考这个问题时所采用的立场。2016 年我就在自己的硕士论文中引用了 Paul 。此后也有与很多比特币支持者进行深入讨论，我发现这基本上就是主流观点。

接下来，让我们看看那场火热辩论中站在上述观点对立面的思考，以及一些我自己的想法。

David Schwartz 如是说：更划算的 PoS

David Schwartz 在这场讨论中给出了以下观点：没错，矿工和质押最终都会承担高达 999 美金的成本来竞争 1000 美金的区块奖励。但从经济学角度考虑两个系统的安全保障，那可就大不一样了。我们仔细想想，如果要在这两个不同的系统中发起一次双花攻击，都分别要付出怎样的代价？

在权益证明给系统中以每十分钟区块奖励 1000 美金来算，一年大约是 5000 万美金的区块奖励。如果质押者认为 5% 的年化收益就算有利可图，那大约会有价值 10 亿美金的资本质押进来。此时要在权益证明系统上实施双花攻击，至少要有足够资本来控制 2/3 以上的节点（也就是约 6 亿 7 千万美金），在攻击实施之后这些质押资产也会大幅贬值。

虽然没法确切量化工作量证明系统中实施双花攻击的代价，但可以肯定在某些情况下要比权益证明系统小很多。举例来说，假如有一个矿工积累了 51% 以上的哈希算力，并且早就通过挖矿部分回本乃至完全回本了。这种情况下，发起一次区块重组攻击（按最近的七个区块算）的成本远远不需要 6 亿 7 千万刀。攻击的直接成本只需要花 7000 美金（7 x $1000）来生成最近的 7 个区块。并且如果成功完成了区块重组，攻击者甚至能把这七个区块奖励都拿到手（不管完成攻击之后这些奖励还能剩多少钱）。

这里并不是说在 PoW 系统中的双花攻击更易于实施，只是在做一个简单的思想实验。尽管分析中肯定存在诸多未周全考虑到的攻击实践细节，但它不失为从经济学角度探索这个问题的一个方向。

换个角度思考：质押 5 美金并且在一段时间后取回显然好过直接销毁 5 美金，因此跟销毁 5 美金对应的选择应该是质押 100 美金一整年，这样产生的机会成本才和直接销毁 5 美金相当。这时，虽然个人参与这两个系统的成本相当了（约 5 美金 vs. 5 美金），但违约的惩罚极其不对等（$100 美金 vs. 5 美金）！虽然现在的专用挖矿设备会导致某些硬件投资在攻击发生后直接归零，但这种风险远远比不上权益证明协议中巨量的资金损失风险，即使后者不需要消耗能源竞争出块。

我们可以说权益证明和工作量证明的惩罚是不对称的：在同等的区块奖励下，PoS 系统中会有更多资金在承担风险。

以上分析指向了很多有趣的结论。如果权益证明能在同样的成本取得更高的经济安全性，这就意味的权益证明系统的安全预算可以比工作量证明少，但仍能取得相当的效果。进一步来说，也就意味着我们即使降低区块奖励，也能达到与工作量证明链相当的安全性。

反方 Paul ：没人能控制区块奖励

上面谈及的不对称性以及权益证明系统减少区块奖励做法，在比特币的世界中并不成立。比特币运行前景是：在某一时刻出块奖励直接就停了。维护系统安全性的只剩下交易费——它显然不受共识算法决定，而是由市场对区块空间的定价决定。同时也能大胆假设这些交易费就足够支撑链的安全性。因此，如果我们同意工作量证明链没有区块奖励也能运行良好，那上面观点提到的不对称性毫无意义——它只会让权益证明链被质押者设置的 “过于安全” 了。

反方的反方 Eric

Paul 说的有些道理，但他的反驳并不算刀枪不入。他的观点建立在一个不充分的假设上：仅仅依靠交易费用能支撑工作量证明链的安全性。区块链系统中的交易费随时间变化高低起伏，同时关于单凭交易费能否提供所需的安全性的问题，本身也在比特币社区内部引起了很多分歧和争论。我们几乎必定会看到交易费没法提供必要安全预算的情况出现。因此站在这个立场上，权益证明协议在相同激励下提供的更多安全性显得十分有吸引力。

最坏的情况下（译者注：去掉区块奖励），工作量证明链在停止通胀后会变得不稳定，而权益证明链则仅靠交易费就足以维持（按照上面的推论，可以比 PoW 链维持得更好）。更厉害的是，这意味着 PoS 系统的原生资产可能具有更高的存量流量比（译者注：Stock-to-flow，俗称 S2F，一些比特币社区的人用来衡量稀缺性的指标，越高则稀缺性越高）！投机者们会蜂拥而至，不过对于一个不对称安全预算的宝藏系统，投机热也是理所当然。

Dan Robinson 如是说：钱并不是一种资源

让我们用奶牛和火山分别类比两种共识协议。Dan 认为现实世界的财富并不能用社会中有多少“钱”来衡量。这个道理不言自明——疯狂印钞不会让这个世界变得更富足。印钞只能通过再分配使得某些人有能力购买商品，但作为整体的社会并不会因此突然增加生产能力，让大家都变得更富足。

然而，在权益证明的货币世界中，只有质押的钱这一种资产退出了经济循环。所以同理，难道产品或服务仅仅会因为某些人质押了资产而减少吗？不会的！这仅仅意味着某些人放弃了自己购买商品和服务的能力而选择了质押资产，对其他人而言，可供购买的选择由此增加了。质押不会破坏现实世界中的任何资产，也因此不会让世界变得更穷。

Dan 接着反驳道：并不会发生 “将大量资本隔绝于宏观经济活动之外” 这种事。正如政府通过印钞让每个人变得更穷，质押者通过锁定自己的资金也让其他人变得更富（在一段时间内）。由于每个人都富了一点点，整个体系中的净资本量不会发生变化。

反方 Paul ：钱确实是一种资源

Paul 的观点认为，钱不是水，并不会随便倒在什么地方上都能各处水平。事实上，资本能被集中到某些领域更为关键，钱需要流向有用的地方。在充满潜力的行业中适时集中注入资本对社会的推动，要远大于给街上每个路人口袋里多添 5 刀。

Dan 的观点是：钱本身作为一个计量单位看一点价值没有这个观点成立，但钱的分配过程会释放巨大的价值。（理想状态下）市场会把钱分配到产生价值的地方去，同时社会相当依赖于这些 “堆在一起的钱袋子” 能用在生产流程中。质押会显著阻碍这些资本在市场上相当长一段时间的流通，也就意味着本能得到资助的一些创新项目难以继续。这就是质押模式的社会成本。

反方的反方 Eric 如是说(#1)

我是通过 “熵” 这个概念来理解 Paul 的观点的。在热力学中，我们认为：

低熵 = 秩序 = 高能量

高熵 = 混乱 = 低能量

我认为这个逻辑可以应用到经济学中。

低熵 = 秩序 = 高经济潜力

高熵 = 混乱 = 低经济潜力

“堆在一起的钱袋子” 其实就是混乱系统中的 “有序” 孤岛。准确的资本分配能提高整个系统的经济潜力。

虽然部分实体的资金锁定能让系统中其它所有人都富一点点，但是这种财富却雨露均沾地平均落到每个人头上。系统整体的经济潜力依然不理想。所以 Dan 的观点实际上是 “质押并没有把系统中的钱拿走”，而 Paul 认为 “虽然的确没有把钱拿走，但是权益证明系统把经济潜力取走了，制造了系统的混乱！” 质押带来的财富再分配丢失了原来集中资本所具备的能量。

反方的反方 Eric 如是说(#2)

上一个观点还算不上是反驳，我其实同意了 Paul 的观点。以下才是对 Paul 的真正反方论点。

虽然我认为 Paul 在原则上正确，但如果我们思考深一步，想想究竟谁会去质押，整个问题的图景立刻就变了。

挖矿的环保能源

首先我们重申一个事实，那就是质押和挖矿的竞争都一样激烈。在挖矿中，如果矿工有路子找到更便宜的硬件设备以及能源，他就能打败其它矿工，因为他的加入使挖矿难度增加了。因此，从宏观视角看，矿业最有可能占着地球上最便宜的可用电力资源。有趣的地方来了，没法用在其它场景的 “山村”（trapped）能源才是最便宜的能源。

这些所谓的“受困”能源大多来自天然气、太阳能、风能以及大量的水力能源。上述能源在矿业中的占比不断升高，这个事实（用绿色能源来挖矿）也是比特币支持者在讨论 PoW 的环境影响时常常强调的。这里说的的环保仅限于挖矿所用的能源类型，不涉及挖矿设备生产中所用的能源。

质押的 “环保” 资本

同样的道理也可以用到质押上。在质押中你永远比不过的，最便宜的“资本能源”是什么呢？以以太坊为例，质押者往往是以太币的长期投资者。如果一个人长期看好以太币，并且已经决定在未来的 5 到 10 年内看涨以太币，那他在质押上完全没有什么经济成本（virtually zero economic sost to staking）。不仅如此，对整个经济体而言，无论这些人是持有还是质押，产生的影响都一样。更重要的是，这种质押者愿意接受越来越低的回报，这种特性会让他们在质押竞争中无往不胜！这些无意有其它用途的资本（trapped capital）会击败有很多用途的资本（non-trapped capital），而后者则将流入到生产创造中，和上面的挖矿例子一样。

-随着质押池规模的扩大和越加激烈的竞争，质押的收益不断下降（资料来源）-

当有人说“权益证明不那么浪费能源”

回到最开始这张图片，我之所以觉得搞笑是因为它调侃了权益证明只是拙劣地给工作量证明披了一层皮。

但是，反转来了。现在看，用柴油发动机驱动充电桩并不等于直接让车烧柴油。一辆被柴油充电桩充满电的特斯拉，在路上能比烧相同多油的柴油车跑得更远！电动引擎能更高效地利用能源，也因此真的更少浪费！

同理，权益证明中涉及的资本要比主流比特币支持者们所认为的多。“环保资本” 这个观点是我自己发现的很有意思的一个视角，同时也是我转变，认为值得从社会影响层面探索权益证明系统潜在优势的原因。

对工作量证明来说，这意味着什么？

从狭隘的经济学视角看，权益证明的确有我之前未曾考虑过的优势，但我依然相信工作量证明是保障区块链安全中最健壮的共识协议、是构建数字货币最可靠的支撑。

本文略去了很多权益证明系统中技术上的安全问题——其中很多都和权益资产可流转（即，保障系统安全性的资产由系统本身产出）对系统安全性的影响有关。我现在依然很自信地认为，工作量证明是目前综合考虑所有因素后最好的共识系统，不过未来立场可能会转变。我将密切关注权益共识的发展。

本文是为一期与 Chorus One 合作的播客节目（见此处）的准备稿，Chorus One 是多个权益证明链的验证者。

非常感谢 Hasu、James Prestwich、Dan Robinson、Brian Crain 以及 Torbj?rn Bull Jensen 为本文贡献的精彩观点，同时也感谢 Paul Sztorc、Alex Mizrahi、Emin Gün Sirer、Zaki Manian、David Schwartz、Georgios Konstantopoulos 和其它很多人对这场讨论的热情参与。

-图片来自以太坊开发者 John Adler -

最后，感谢 Dan Robinson、Hasu 以及 Brian Fabian Crain 三位老铁。

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编译者/作者：以太坊爱好者

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