作者：Scott Sullivan

来源：https://scottmsul.substack.com/p/a-bitcoiners-guide-to-proof-of-stake

一般来说，比特币友都不会太关注山寨币领域发生的事，但是，因为以太坊的 “The Merge” 计划在一个月内推出，圈内的推特颇显得吵闹。当然，比特币网络是不会受到什么影响的，但我认为，这个 “升级” 也值得关注。一旦以太坊让自己跟 “肮脏” 和 “浪费” 的 PoW（工作量证明）撇清了关系，我们可以预期叙事的战争（narrative war）即将出现，比特币友应该准备好反击。

学习 “权益证明（PoS）” 怎么工作，是了解它和 PoW 的区别、取舍的好办法。虽然我已经看过了许多关于 PoS 的抽象论述 —— PoS 有更多的准入要求、更加中心化，而且会变成寡头政治 —— 我得承认，如果不了解 PoS 的细节，这些说法听起来都有点虚无缥缈。通过深入研究 PoS 算法，我们可以慢慢看出，所有这些属性都是从其原理中自然产生出来的。所以，如果你也好奇 PoS 算法是如何工作的、为什么它的工作原理会导致它有这些属性，那就请读下去！

解决 “重复花费” 问题

我们先快速回顾一下我们到底想解决什么问题。假设我们有一个很多人参与的密码货币网络，希望维护一个去中心化的账本。我们将面临一个问题：我们的交易如何添加到每一个人的账本中，使得每个人都能对一笔交易是否 “真实（correct）” 达成共识呢？PoW 解决这个问题的办法非常优雅：交易以区块的形式分组，同时每一个区块的生产（成为所有人认可的正确区块）都需要耗费大量的计算工作。区块生产所需的工作量会提高和降低，以保证区块以平均每 10 分钟一个的速度生成；如此一来，在下一个区块生成出来之前，每个区块都有好几分钟的时间可以在网络中传播。账本的任何不确定性，都可以通过选择凝聚了最多区块生产计算量的链来解决，重复花费也由此得到制止（在同一条链上，不会有两笔交易花费同一笔资金，重复花费的交易将变成无效交易，带有无效交易的区块是无效的区块），因为重复花费若要成功必须要掌握超过 51% 的全局区块生产计算力（这样才有可能先在一条链上花费某笔资金，然后在分叉链上再次花费这笔资金并让分叉链最终成为更长的链）。

但是，假设现在我们想抛弃中本聪的洞见（正是这种洞见让上述解决方案成为可能）。毕竟，这些讨厌的 ASIC（专门用于区块生产计算的硬件）既可恨、又吵，而且它们所消耗的能源比乔治·索罗斯、比尔·盖茨、希拉里·克林顿的私人飞机加起来还要多。有没有一种办法可以让我们只需通过交谈，就能毫不含糊地同意哪些交易是 “真实的（true）” 呢？

以太坊的权益证明机制使用两个关键要素来解决这个问题。第一个要素是时不时地制作特殊的 “检查点区块（checkpoint blocks）”，其目的是向网络中的每一个人保证这个系统在不同时间的 “真相”。创建一个检查点需要以 “押金（stake）” 计算的 2/3 的多数同意，这样就能保证在该时间点，绝大多数的 “验证者（validator）” 都认可一个事实。第二个要素是惩罚给网络增加不确定性的用户，也就是所谓的 “罚没（slashing）”。举个例子，如果一个验证者创建了一条分叉链，或者给一条更老的分叉链投票（类似于 51% 攻击），那么 TA 的押金就会被罚没。验证者也会因为不活跃而被惩罚，但力度不会那么大。

（译者注：我认为，将 PoS 共识机制的参与者命名为 “验证者（validator）”，是不折不扣的语言污染。在原本的概念中，“出块者” 指的是共识机制的参与者（比如矿工），而 “验证者” 指的是验证共识结果的人（比如全节点），但使用 “验证者” 来指称 “PoS 共识的出块者” 完全混淆了原本很清晰的分类方法。下文将该含义下的所有 “validator” 都翻译成 “见证者”。）

这使我们可以得出 PoS 背后的第一条原理：PoS 是基于负向激励（惩罚）的系统。这跟比特币和 PoW 完全相反，因为 PoW 是一个基于正向激励（奖励）的系统。在比特币中，矿工可以尝试打破规则 —— 生产格式错误的区块、打包无效的交易，等等 —— 但这些区块会被忽略掉。最坏的影响也就是浪费一点能量。矿工也可以自由在更老的分叉链上生成区块，但如果没有占到全局的 51% 的区块生产力，这些老旧的分叉链就永远不可能追上当前的最长链，所以也只是白费力气。任何参与这些活动的矿工，无论存心还是无意，都不担心会损失自己此前积累的比特币，也不用担心损失矿机。所以比特币矿工不会生活在恐惧之中，在采取行动、承担风险的过程中，他们可以犯错。

生活在以太坊大陆上的见证者可就完全不同了。他们不是靠工作努力、为网络增加安全性而得到奖励，他们不做实际工作（do no actual work），只是必须小心让自己的节点不要越轨（misbehaves），以免自己的储蓄付之东流。无论人们对网络提出了什么变更，见证者的第一反应都是随大流，不然就有被罚没的风险。这些见证者每天都是如履薄冰。

顺带说一句，根据 Vitalik 的《PoS 常见问题解答》，让出块者活在负向激励系统中，正是 PoS 的 “好处” 之一，嗯。

那么，在技术层面上，罚没机制到底是怎么工作的呢？我们是不是先要建立一份列明所有见证者的清单，然后才能罚没一些东西呢？没错，就是这样。要想在以太坊的 PoS 共识机制中担当一位见证者，你先要把 ETH 移动到一个特殊的 “质押” 地址中。这不仅是为了应用罚没机制，也是为了投票，因为检查点区块需要得到 2/3 的多数票。

全天候维护这样一个记载所有见证者的列表会产生一些有趣的影响。加入见证者队伍困难吗？能不能随时离开？见证者是否可以投票表决其它见证者的状态？这就使我们得出了 PoS 背后的第二条原理：PoS 是一个有准入的系统。

成为见证者的第一个步骤就是把一些 ETH 存入一个特殊的质押地址。需要多少 ETH 呢？最少 32 ETH，按现价大约 50000 美元。补充一下背景，像样的比特币挖矿设备一般是几千美元一台，如果你是家庭挖矿，你可以从几百美元一台的 S9 开始。公平地说，ETH PoS 共识的高门槛是有技术上的理由的，更高的门槛意味着更少见证者参与，可以降低带宽要求。