比特派冷钱包|工作量证明与权益证明：有什么区别？
Proof-of-Work 和 Proof-of-Stake 是共识机制或算法，允许区块链安全运行。这些共识机制通过只让真正的用户添加新交易来保证区块链的安全。
他们的工作方式是让那些希望参与的人证明他们已经为区块链投入了某种资源，比如金钱或能源。这有助于过滤掉那些可能不是真实的或不忠于网络的人。工作量证明和权益证明之间的主要区别在于他们如何选择谁可以将交易添加到链中。
要闻速览：
- 工作量证明和权益证明是算法，也称为共识机制，可帮助区块链保持数据同步并保持安全。
- 这些算法确定网络中的哪个节点可以将下一个交易块添加到链中。
- 这两种机制都已被证明在维护区块链方面是成功的，尽管它们都有取舍。
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什么是工作量证明？
工作量证明是一个系统，计算机相互竞争以成为第一个解决复杂难题的系统。
这个过程通常被称为挖矿，因为完成拼图所需的能源和资源可以被认为是数字等价于从地球开采贵金属的现实世界过程。
Nathaniel Popper 的书 Digital Gold 使用了一个很好的类比来描述比特币系统中的工作量证明：
“……使用一张纸和铅笔将 2,903 和 3,571 相乘相对容易，但要弄清楚两个数字可以相乘得到 10,366,613 则要困难得多。”
使用这个类比，我们可以想象，比特币网络中的矿工必须通过猜测数字组合直到找到正确答案，才能计算出哪两个数字可以相乘以达到 10,366,613。一旦计算机确定 2,903 可以与 3,571 相乘得到 10,366,613，它会将其呈现给网络中的其他计算机，这些计算机可以很容易地验证 2,903 和 3,571 在相乘时确实可以得到 10,366,613。
当一个矿工在其他矿工之前解决这个“难题”时，他们被允许创建一个新区块（一组交易）并将其广播到节点网络，然后节点网络将分别对现有分类帐和新区块进行审计。如果一切顺利，新区块就会链接到前一个区块上，从而创建一个按时间顺序排列的交易链。然后矿工因提供资源（能源）而获得比特币奖励。
工作量证明、挖矿和安全
挖矿需要大量电力，并通过确保只有那些能够证明他们已经消耗资源的人才有权将一组新的交易附加到区块链来保护网络。
正因为如此，攻击像比特币这样的工作量证明系统是困难、耗时且昂贵的。攻击者需要购买和设置挖矿设备，并支付运行设备的电费。然后他们将竞争解决这个难题，并尝试将包含假冒比特币的交易块添加到链中。
如果邪恶的矿工首先成功解决了这个难题，他们会尝试向网络的其余部分广播一个新的交易块。然后，网络节点将执行审计以确定区块的合法性以及其中的交易。
当节点根据之前版本的账本审核新区块时，他们会注意到伪造的比特币，并且根据共识规则，该区块将被视为无效。
除非恶意矿工控制了整个网络的 50% 以上，否则工作量证明使伪造比特币成为不可能。这意味着矿工的上涨计算能力（称为哈希率）和网络中的节点的 51%。这样，坏人可以向网络广播一个坏块，并让他们的节点接受这个块到链上。
鉴于比特币网络的规模有多大，以及能源矿工对工作量证明系统的贡献有多大，今天这样的攻击几乎是不可能的。
如果政府、公司或其他实体为了攻击它而收集足够的资源以成功构成超过 50% 的网络，则网络的真正参与者可能会创建一个新的链分支，也称为分叉，使之前的链和针对它的攻击无效。
什么是权益证明？
在权益证明系统中，验证者（矿工的权益证明等价物）被选择根据他们持有的代币数量来找到一个区块，而不是矿工之间的任意竞争来确定哪个节点可以添加一个堵塞。
在这个系统中，“股权”数量或用户持有的加密货币数量取代了矿工在工作量证明中所做的工作。这可以保护网络，因为希望参与并获得奖励的人必须购买加密货币并持有它以被选中以形成一个块。
参与者需要花钱并将一些财务资源投入网络，类似于矿工必须在工作量证明系统中消耗电力的方式。那些花钱购买硬币来获得这些奖励的人对网络的持续成功有着既得利益。
权益证明使用与工作量证明基本相同的机制来防止攻击和伪造硬币。权益证明系统的攻击者需要控制至少 51% 的代币供应并控制至少 51% 的网络节点，而不是像工作量证明那样控制 51% 的挖矿哈希率和节点。
工作量证明和权益证明的优缺点
工作证明专家解释
良性竞争与可再生能源
比特币挖矿的竞争非常激烈。矿业公司不断寻找最有效的开采方式来降低成本。这一过程固有地奖励那些能够找到最便宜的能源形式并提出更新技术以创造更快、更高效的挖矿芯片的人。
除了有利于加密货币挖矿之外，芯片制造商之间的竞争还可能导致计算机硬件的突破，这些突破可能会延续到加密货币挖矿之外的其他行业。
被困的能量
加密货币挖矿允许地区利用其被困的能量并将其转化为某种形式的价值，然后可以转移或用于资助其他项目，最终在偏远地区产生经济活动。
一个真实的例子是中国的四川和云南省。这些省份有强烈的雨季，可以产生大量的可再生水力发电。不幸的是，各省没有办法将这种能源运输和出售给其他地区。
各省最终开始开采比特币以利用剩余能源并将其转化为某种形式的可交易价值。2019 年 9 月，由于这些廉价的能源，中国占比特币算力的 70% 以上。中国后来禁止加密货币挖矿，因为它试图创建其法定数字货币。此举迫使矿工大量外流到其他电力便宜的地区。结果，哈萨克斯坦成为与伊朗和美国并列的挖矿热点。
安全
到目前为止，工作量证明是在分布式公共网络中保持共识和安全性的最成熟的方式。这是因为工作量证明需要硬件的初始成本和资源的持续支出，而不是参与的单一前期费用。
比特币于 2009 年推出，正常运行时间超过 99.98%。在撰写本文时，只有两次停机：一次是在 2010 年 8 月，另一次是在 2013 年 3 月。这两次事件都通过对节点的选择加入软件更新来解决——由于共识机制，网络参与者都决定这些更新符合集体网络的最大利益。
工作量证明的缺点解释
能源消耗
比特币和其他工作量证明区块链（如以太坊）消耗大量能源来为其网络提供这种安全模型。比特币比乌克兰、挪威和其他国家消耗更多的电力。环保主义者认为这完全是浪费和不必要的。
反驳：虽然这些系统消耗大量能源，但许多批评者未能评估用于挖矿的能源类型，而是将其高能源使用等同于巨大的环境足迹。然而，研究表明，比特币矿工在其运营中使用各种能源。一些估计表明，可再生能源是使用的主要形式，占总用电量的 50% 到 70% 以上。
需要注意的是，这些研究中的许多只报告了希望参与调查的矿业公司和其他业务。
电子垃圾
电子垃圾可能是对比特币网络资源消耗最有效的批评。工作量证明矿工通常 24/7 全天候全功率运行。有时，湿度、高温和通风不足等恶劣条件会影响挖矿设施并缩短设备使用寿命。
最重要的是，ASIC 芯片制造商不断开发更新、更有效的芯片。当这种创新发生时，旧筹码在赢得区块方面的效率不如新筹码。最终，旧芯片被淘汰并成为电子垃圾。
反驳：目前的 ASIC 挖矿芯片通常可以使用三到五年。虽然新芯片最终会取代旧芯片，但它们可能会持续更长时间，因为它们变得更高效、更能抵抗高温和长时间的散列。
可追溯性
对加密货币挖矿的一个担忧是它可能容易受到审查。这已经发生在像中国这样的地方，那里禁止加密货币挖矿。巨大的电力消耗可以通过电力读数甚至热像仪来发现。这种追踪加密货币挖矿发生地点的能力允许反加密货币制度打击这种做法。
如果一个国家只允许那些获得某种许可证的人进行挖矿，那么它可能会因为不允许网络完全公开而破坏去中心化。
反驳：在中国以外，世界各国似乎在某种程度上支持加密货币。一些国家可能会寻求规范挖矿，因此需要许可证。但是，只要还有偏远地区的矿工继续这种做法，就应该有助于防止垄断和审查。
权益证明专家解释
效率
权益证明系统比工作量证明系统更节能。许多权益证明系统的硬件要求相当于当今市场上的平均水平或低于平均水平的笔记本电脑。在大多数权益证明系统中，验证器软件的要求也不是很高。
增加吞吐量
在权益证明中，验证者被选择根据他们持有的代币数量来找到一个区块，而不是矿工之间为了解决难题而进行的竞争。权益证明算法选择验证者所需的时间比工作量证明竞争要快得多，从而提高了交易速度。
虽然这是真的，但所有区块链，无论它们是否是权益证明，在验证者向它们广播新发现的块后，节点民主地达成共识的过程都会减慢速度。
审查阻力
与需要大量能量和大量物理存在的工作量证明不同，权益证明验证器可以在小型笔记本电脑上运行。这意味着可能会有一个验证者控制在咖啡店角落运行的全球分布式货币网络的三分之一，而不是一个装满数千台共鸣计算机的仓库。
降低进入门槛
权益证明验证者只需花钱一次即可参与。他们需要做的就是购买足够的代币来赢得权益证明模型中的区块。相比之下，工作量证明系统中的矿工必须购买挖矿设备并使其无限期地运行，从而产生可能波动的能源成本。这让更多的人参与进来，否则他们将无法参与。
权益证明的缺点解释
未经大规模验证
目前还没有一个权益证明系统可以扩展到比特币或以太坊这样的规模。出于这个原因，股权证明系统还没有像领先的工作证明系统那样去中心化或安全。
反驳：虽然权益证明系统还没有达到像比特币那样的网络规模，但没有理由随着时间的推移不能做到。鉴于进入门槛较低且不需要专门的硬件来运行它们，股权证明系统可能具有超出工作量证明系统能力的潜力。
代币整合
仅在少数验证者之间整合硬币是反对权益证明系统的最常见论据。股权证明的性质激励了代币的增持，以增加赢得区块和获得奖励的机会。
代币市场也可能被财力雄厚的实体垄断，从而使他们能够增持大部分代币。大多数股权证明系统允许单个实体创建任意数量的验证器，并且由于创建验证器的前期财务成本很少，控制大多数代币的人可以控制整个网络的大部分。
这使得股权证明硬币的初始分配极为重要。一些较新的股权证明硬币在公开可用之前向投资者出售代币。在某些情况下，这些代币销售占最大代币供应量的 40% 或更多，这使风险投资公司和其他早期投资者在获得网络奖励方面比其他投资者具有相当大的优势。
反驳：权益证明确实主要根据权益大小来选择区块创建者，但一些区块链已经开始实施降低这种中心化风险的方法。其中一些包括添加“硬币年龄”，或持有股份的时间，以及算法的随机化程度。这确保了权益大小不是决定区块形成的唯一因素，并且较小的验证者有机会获胜。
一些区块链也使得超过一定硬币阈值的验证者开始获得越来越少的奖励。这激励了质押者将他们的股份委托给较小的验证者，帮助将代币去中心化到更多的验证者中，提高去中心化和安全性。
安全性较差
如上所述，降低网络参与者的准入门槛有助于增加验证者数量，进而增加去中心化，但更容易成为网络的一部分也会降低其安全性。
如果一个不良行为者试图攻击工作量证明网络，他们将需要购买足够的硬件来代表网络的大部分，然后他们需要付费才能运行这一切。设备初始成本和持续能源成本的双重安全系统使得攻击网络不太现实。权益证明系统只有最初的参与成本，使它们更容易受到攻击。
比特币目前的哈希率接近每秒 2 亿太赫拉。比特大陆的顶级 ASIC 矿机 S19J 每秒可以进行 88 tera 哈希。按照这个标准，大约需要 120 万个这样的芯片才能构成比特币网络的一半。目前该 ASIC 的价格为每台 10,390 美元，这意味着购买足够多的矿机来构成比特币网络的一半，需要花费大约 125 亿美元，然后才能支付巨额费用来运行这些机器。
相比之下，如果一个邪恶的参与者想要攻击一个权益证明链，以 Avalanche 为例，他们将需要购买超过一半的代币（按当前价格计算约为 190 亿美元）并设置足够多的验证者来弥补一半以上网络（Avalanche 当前的验证者数量为 630 个验证者）。因为权益证明验证器不一定需要昂贵的硬件或大量的能源来运行，所以攻击者只会承担购买代币的前期成本，而不是持续的能源成本。
反驳：攻击足够规模的权益证明网络的初始前期成本变得足够大，以至于没有持续成本的问题逐渐变得无关紧要。例如，按照今天的价格，成为 Avalanche 的多数股权已经需要近 200 亿美元。这些区块链变得越流行，权益证明网络的代币持有者越多，攻击它就越难。
经常问的问题
什么是工作量证明？
工作量证明是一种保护区块链并帮助其维护准确信息（交易）的工具。它使用计算机之间的竞赛来查看谁能首先解决复杂的难题。然后允许这场比赛的获胜者将新的交易块添加到链中。这个谜题需要大量的精力来解决，确保参与者更有可能是真实的。获胜者将获得比特币奖励。
什么是比特币矿工？
比特币矿工是参与竞赛以解决工作量证明区块链中的难题的计算机。他们在这个过程中使用了大量的能量，当他们在解决难题时击败其他人时获得比特币奖励。之所以称为挖矿，是因为所需的能源和资源可以被视为与从地球开采贵金属的现实世界过程的数字等价物。
什么是权益证明？
Proof-of-Stake 是一种保护区块链并帮助其维护准确信息的工具。它使用一种算法，根据持有的代币数量选择谁可以将下一个交易块添加到链中。
什么是权益证明中的验证人？
验证者是工作量证明中矿工的权益证明。验证者是区块链网络中的节点，它们向网络“质押”或质押他们的代币。选择验证者根据他们持有的代币数量创建新的交易块。其他不是验证者的代币持有者可以将其持有的资产委托给验证者，以获得验证者在被选中创建新交易块时获得的奖励的一部分。
