区块链

Posted 2020-11-18 aftree

对于区块链来说，挖矿是必须的吗？首先，我们来说下挖矿是什么？

以比特币为例，每一笔交易发生后，并不算完成，交易数据必须写入数据库，才算成立，对方才能真正收到钱。首先，所有的交易数据都会传送到矿工那里。矿工负责把这些交易写入区块链。

计算哈希的过程叫挖矿，计算哈希的机器就叫做矿机，操作矿机的人就叫做矿工。

根据比特币协议，一个区块的大小最大是 1MB，而一笔交易大概是500字节左右，因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。矿工负责把这2000多笔交易打包在一起，组成一个区块，然后计算这个区块的哈希(Hash)。

中本聪故意让添加新区块，变得很困难。他的设计是，平均每10分钟，全网才能生成一个新区块，一小时也就六个。由于人为设置了大量的计算及难度系数，，需要大量算力才能得到当前区块的有效哈希，进而新区块添加到区块链(好比在全世界的沙子里面，找到一粒符合条件的沙子)。

矿工之间也在竞争，谁先算出来了，谁就能第一个添加新区块进入区块链，从而享受这个区块的全部收益。其它矿工只能过来把那一页抄写一份，贴在自己账本的最后面，然后又开始新的记账过程。周而复始，生生不息，账本一页一页的增加，账本越来越厚。

由此看来，挖矿其实是一种安全机制，利用密码学哈希函数和非对称加密，确保区块链网络的挖矿节点在广播区块前，投入大量的计算，提高作假和作恶的成本，保证已有数据不可能被篡改，确保全网达成共识。

也有观点认为，中本聪设计这种机制的出发点是避免系统受到攻击。如果一个攻击者想用搞乱账本的方式来进行攻击，那么他就需要足够的计算能力。当收益并不足以抵消成本，攻击者就没有攻击系统的动力。

所以对区块链来说，挖矿机制还是有必要的，但未来一定会有更合理高效的解决方案。而区块链提供的这种去中心化分布式账本技术，除了当下火热的ICO项目，还会被应用到更广泛的领域

 

共识算法

简单而言，PoW 和 PoS 是 2 种不同的对记账权利的分配方式。

PoW

POW（Proof of Work）直译过来即是工作证明，也叫工作量证明。（例子：BTC、LTC）

这是什么意思呢？这就是说，你能够获得的币的数量，取决于你挖矿贡献的有效工作，也就是说，你用于挖矿的矿机的性能越好，分给你的收益就会越多，这就是根据你的工作证明来执行币的分配方式。

比特币采用的共识算法就是 PoW，专业一点说，矿工们在挖一个新的区块时，必须对SHA-256密码散列函数进行运算，区块中的随机散列值以一个或多个0开始。随着0数目的上升，找到这个解所需要的工作量将呈指数增长，矿工通过反复尝试找到这个解。

额，通俗的说，PoW 的意思就是社会主义，按劳分配，多劳多得。

PoW 的优势与劣势

PoW机制的设计目的是保证安全。无论是在中心化还是非中心化系统中，防止作弊都是很重要的。

PoW 假设大多数人不会作弊，如果你想作弊，你要有压倒大多数人的算力（51%攻击），但不能防止矿工抱团取暖。

51%攻击：所谓51%攻击，就是利用一些虚拟区块链货币使用算力作为竞争条件的特点，使用算力优势撤销自己已经发生的付款交易。如果有人掌握了50%以上的算力，他能够比其他人更快地找到开采区块需要的那个随机数，因此他实际上拥有了绝对那个区块的有效权利。

因为作弊要付出一定成本，作弊者就会谨慎对待了。在比特币的 PoW 机制中，由于获得计算结果的概率趋近于所占算力比例，因此在不掌握51%以上算力的前提下，矿工欺诈的成本要显著高于诚实挖矿，甚至不可能完成欺诈(由于概率过低)。

 

PoS

PoS（Proof of Stake）直译过来就是股权证明，即直接证明你持有的份额。 （例子：恒星币，狗狗币等）

由于 BTC 的 PoW 机制决定了谁的算力强谁就能获得更多收益，拥有更大的记账权。所以类似比特币这样的 PoW 币种挖矿带来了巨大的电力能源消耗，为了解决这种情况，所以有了 PoS。

PoS 试图解决 PoW 机制中大量资源被浪费的情况。这种机制通过计算你持有占总币数的百分比以及占有币数的时间来决定记账权。

在现实世界中 PoS 很普遍，最为熟知的例子就是股票。股票是用来记录股权的证明，股票持有量多的，拥有更高更多的投票权和收益权。

额，通俗的说，PoS 就是资本主义，按钱分配，钱生钱。

PoS 的优势与劣势

Pos 当然也能防作弊，因为如果一名持有 51%以上股权的人作弊，相当于他坑了自己，因为一个人自己不会杀死自己的钱。

PoS 机制由股东自己保证安全，工作原理是利益捆绑。在这个模式下，不持有 PoS 的人无法对 PoS 构成威胁。PoS 的安全取决于持有者，和其他任何因素无关。

 

DPoS

DPoS（Delegated Proof of Stake）即是委托股权证明，是 PoS 的进化方案，由 Dan Larimer 发明。（例子：比特股 BTS）

在常规 PoW 和 PoS 中，一大影响效率之处在于任何一个新加入的 Block，都需要被整个网络所有节点做确认。

DPoS 优化方案在于：通过不同的策略，不定时的选中一小群节点，这一小群节点做新区块的创建，验证，签名和相互监督，这样就大幅度的减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。

  

PoW + PoS 混合机制

所以，为了结合两种挖矿方式的优点，开始有了基于 PoW+PoS 混合共识机制的币。例如 Hcash，以及以太坊 ETH 也正在向 PoW+PoS 混合挖升级矿转变。

那么，PoW + PoS 混合机制的优势是什么呢？

它能够将受众群体最大化。

假设一个币它的机制是PoW + PoS 的混合机制。那么持有该币的用户与矿工均可以参与到投票中，共同参与该币社区的重大决定，持币者与矿工都可以影响预先编制好的更新，如隔离见证（SegWit）、增大区块等等。如果这些更新被广泛认可，无需开发者干预，链就会自动分叉以配合更新。而这才是真正的去中心化。

以混合机制来实现广义上的 DAO（去中心化自治组织）的高效运行。通过 PoW+PoS 公平的按持币数量与工作量分配投票权重，实现社区自治。

 

总结

PoW 和 PoS 各有优缺点。但看上去似乎是 PoW 的优点多。看看流通市值排行榜靠前的币种，大多数都是PoW。

PoS 有中心化的嫌疑，PoW 虽然能做到充分地去中心化，但是存在大量消耗能源的缺点。也许 PoW + PoS 是一种很好的解决方式，但是区块链社区是不断发展的，技术也是不断迭代更新优化的，更好的解决方式也许又会被推出来。

 

简单而言，PoW 和 PoS 是 2 种不同的对记账权利的分配方式。

PoW

POW（Proof of Work）直译过来即是工作证明，也叫工作量证明。（例子：BTC、LTC）

这是什么意思呢？这就是说，你能够获得的币的数量，取决于你挖矿贡献的有效工作，也就是说，你用于挖矿的矿机的性能越好，分给你的收益就会越多，这就是根据你的工作证明来执行币的分配方式。

比特币采用的共识算法就是 PoW，专业一点说，矿工们在挖一个新的区块时，必须对SHA-256密码散列函数进行运算，区块中的随机散列值以一个或多个0开始。随着0数目的上升，找到这个解所需要的工作量将呈指数增长，矿工通过反复尝试找到这个解。

额，通俗的说，PoW 的意思就是社会主义，按劳分配，多劳多得。

PoW 的优势与劣势

PoW机制的设计目的是保证安全。无论是在中心化还是非中心化系统中，防止作弊都是很重要的。

PoW 假设大多数人不会作弊，如果你想作弊，你要有压倒大多数人的算力（51%攻击），但不能防止矿工抱团取暖。

51%攻击：所谓51%攻击，就是利用一些虚拟区块链货币使用算力作为竞争条件的特点，使用算力优势撤销自己已经发生的付款交易。如果有人掌握了50%以上的算力，他能够比其他人更快地找到开采区块需要的那个随机数，因此他实际上拥有了绝对那个区块的有效权利。

因为作弊要付出一定成本，作弊者就会谨慎对待了。在比特币的 PoW 机制中，由于获得计算结果的概率趋近于所占算力比例，因此在不掌握51%以上算力的前提下，矿工欺诈的成本要显著高于诚实挖矿，甚至不可能完成欺诈(由于概率过低)。

 

PoS

PoS（Proof of Stake）直译过来就是股权证明，即直接证明你持有的份额。 （例子：恒星币，狗狗币等）

由于 BTC 的 PoW 机制决定了谁的算力强谁就能获得更多收益，拥有更大的记账权。所以类似比特币这样的 PoW 币种挖矿带来了巨大的电力能源消耗，为了解决这种情况，所以有了 PoS。

PoS 试图解决 PoW 机制中大量资源被浪费的情况。这种机制通过计算你持有占总币数的百分比以及占有币数的时间来决定记账权。

在现实世界中 PoS 很普遍，最为熟知的例子就是股票。股票是用来记录股权的证明，股票持有量多的，拥有更高更多的投票权和收益权。

额，通俗的说，PoS 就是资本主义，按钱分配，钱生钱。

PoS 的优势与劣势

Pos 当然也能防作弊，因为如果一名持有 51%以上股权的人作弊，相当于他坑了自己，因为一个人自己不会杀死自己的钱。

PoS 机制由股东自己保证安全，工作原理是利益捆绑。在这个模式下，不持有 PoS 的人无法对 PoS 构成威胁。PoS 的安全取决于持有者，和其他任何因素无关。

 

DPoS

DPoS（Delegated Proof of Stake）即是委托股权证明，是 PoS 的进化方案，由 Dan Larimer 发明。（例子：比特股 BTS）

在常规 PoW 和 PoS 中，一大影响效率之处在于任何一个新加入的 Block，都需要被整个网络所有节点做确认。

DPoS 优化方案在于：通过不同的策略，不定时的选中一小群节点，这一小群节点做新区块的创建，验证，签名和相互监督，这样就大幅度的减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。

  

PoW + PoS 混合机制

所以，为了结合两种挖矿方式的优点，开始有了基于 PoW+PoS 混合共识机制的币。例如 Hcash，以及以太坊 ETH 也正在向 PoW+PoS 混合挖升级矿转变。

那么，PoW + PoS 混合机制的优势是什么呢？

它能够将受众群体最大化。

假设一个币它的机制是PoW + PoS 的混合机制。那么持有该币的用户与矿工均可以参与到投票中，共同参与该币社区的重大决定，持币者与矿工都可以影响预先编制好的更新，如隔离见证（SegWit）、增大区块等等。如果这些更新被广泛认可，无需开发者干预，链就会自动分叉以配合更新。而这才是真正的去中心化。

以混合机制来实现广义上的 DAO（去中心化自治组织）的高效运行。通过 PoW+PoS 公平的按持币数量与工作量分配投票权重，实现社区自治。

 

总结

PoW 和 PoS 各有优缺点。但看上去似乎是 PoW 的优点多。看看流通市值排行榜靠前的币种，大多数都是PoW。

PoS 有中心化的嫌疑，PoW 虽然能做到充分地去中心化，但是存在大量消耗能源的缺点。也许 PoW + PoS 是一种很好的解决方式，但是区块链社区是不断发展的，技术也是不断迭代更新优化的，更好的解决方式也许又会被推出来。