POS:PoW 与 PoS 效率之辩：是消耗资本更好，还是消耗电力更好？

本文来自以太坊爱好者，原文标题：《观点|电力之外——PoS不是救世主》，撰文：KF。

密码学货币圈子内外，越来越多人寄希望于权益证明既能为我们贡献密码学货币的优点、又能避免工作量证明的耗能属性。这种愿望终将落空，因为PaulSztorc在2015年就在「nothingischeaperthanproofofwork」一文中讨论过这个问题了。PoS只是混淆了成本，但不可能消除它们。在此，我想讲讲为什么PoW就像民主制：它是最坏的一种办法，但却是唯一能用的。

本文不讨论密码学货币的安全性是否「值得」付出那么大的代价，仅关注PoS是不是一个有效率的方法。

最好的密码学货币会用最便宜的办法获得安全性

要想合理地比较PoW和PoS我们需要把成本和好处都考虑进去。所以，我们的问题既可以是「要想获得给定的安全性，权益证明的环境成本是否更低」，也可以是「给定成本，权益证明能获得更高的安全性吗」？这两个问题在逻辑上是等价的。在本文中，我们会采取第二种问法：

公理1：对环境最友好的密码学货币，应该是购买安全性时效率最高的那个。

货币不是魔法。货币要流通就必须有一定的安全性，而获得安全性的办法有效率之别；而效率最高的技术，也会有最小的环境碳足迹。这是一个非常有用的思考角度，因为它让我们联想到一条深刻的经济规律：边际收益等于边际成本。一条区块链，花费了X元在安全上，那就意味着矿工会花费总计X元来竞争这个奖励。

公理2：如果一种密码学货币购买了价值X元的安全性，其验证者将总计有价值X元的花销。

Cascade Digital Power计划使用水电开采BTC:金色财经报道，加密货币初创公司Cascade Digital Power宣布计划使用位于威斯康星州哈特菲尔德的水力发电厂产生的电力来开采比特币。（彭博社）[2022/3/31 14:28:02]

这是一条牢不可破的关于竞争的经济规律。任何花费少于其所得的矿工，都会被那些愿意花费更多的矿工击败；而任何花费多于其所得的矿工，最终都会破产。一条区块链花费X元在安全上，最终总会导致矿工花费X元来保卫这条区块链。不同类型的开支的比重可能会变化，但所有开支加起来就会是X元。这差别就跟一斤棉花和一斤铁一样。

电力只是一部分，不是全部

人们说「比特币浪费能源」的时候，他们的意思是需要用电来驱动生产比特币区块的挖矿设备；讽刺的是，一方面，这部分能源显然不是比特币网络运行所用能源的全部，而只是一部分；另一方面，这部分又是最直接用来保护区块链的部分，因此是最少浪费的。要全面计量比特币的碳足迹，我们也要考虑硬件成本以及正常的商业运营的成本。后面这两类成本更模糊，更难以估计。但要理解整个系统会造成什么影响，它们也是同样重要的。

公理3：要考虑一个系统的碳足迹，你必须考虑验证者开支的所有方面。

这三类活动，每一种都会有浪费。比特币网络无可避免会出现孤块，那挖出这个孤块的能量就浪费掉了。有些硬件造是造出来了，但运行效率没有做到尽善尽美。有些运营开销是必要的，有些则只是换个地方喝喝茶。一种开支越是与验证区块链的实际工作紧密关联，它换得区块链安全性的效率越高。类似于机器在自由度更少的时候效率会更高：多一个部件就会多一些无用功。经济系统也是同样的道理——结构越多，效率越低。

刘昌用：POW的开放性和无主观性是去中心化系统长期生存的基础:北京大学经济学博士、知密大学创始人刘昌用今日发微博称，Vitalik（V神）对POS和POW的优劣判断准确。我坚持优选POW，主要是因为更看重pow的开放性和无主观性。即：不信仰密码货币也会随时参与挖矿赚钱；生态更能够抗主观的文化倾向影响。这两点是去中心化系统长期生存的基础。[2020/11/6 11:53:04]

举个例子：为了与某个大客户打好关系而出差，可以抽象成提高整个业务的效率，因此也对购买安全性有帮助——但它的作用非常间接，而且其购买安全性的效果可能不如在电力上的同等支出。一种密码学货币越是把安全预算直接花在电力上，其安全性就越高；越是把钱花在商业运营商，其安全性就越低。挖矿企业的CEO可能对于这家企业自身来说是必要的，但他们对网络的安全性贡献不大。

公理4：一种开支越是与验证区块链的实际行动相关，其购买安全性的效率越高。

所以，有时候你看到人们讨论ASIC1，认为它们败坏了一种密码学货币对环境的影响，但实际上刚好相反。挖矿设备的专业化，使得单位硬件能产生更大的算力，也就意味着区块链的安全预算更少花在硬件上，更多花在电力上。这对效率来说是好事——ASIC挖矿在根本上比传统的CPU挖矿要更清洁，因为ASIC在把能量转化为安全性的时候效率更高。

这也是为什么人们误解了「空间证明」类的密码学货币对环境的影响。使用硬盘作为产生安全性的稀缺资源并不能降低成本，而只是让区块链的安全预算从电力中拨出、花到了硬件上。如果你仅看电力消耗来衡量密码学货币的碳排放，你会觉得好像我们有了巨大的进步——但如果你把硬件的支出也考虑进去，你会发现这是效率的大损失。

ETC有关将Pow证明算法改为Sha-3的提案被拒绝:金色财经报道，据ETC官方推特消息，ETC核心开发者今日举行了电话会议。解决方案如下：1.ECIP-1099替代ECIP-1043“固定DAG大小”，在公示中（3周）；2.ECIP-1049”Keccack256”（将ETC的Pow证明算法从Ethash改为Keccak256）转至公示（4周）；3.ECIP-1095“SHA3-256”（将ETC的Pow证明算法从Ethash改为Sha-3）被拒绝。[2020/9/12]

当前世界上有许多闲置的硬盘，因此Chia等于是得到了一些补贴。但别指望这会永远持续下去。等到某种密码学货币成功把计算机内存货币化，GPU上已经发生的事情就会在相关硬件领域重演一遍。更重要的是，最终这个系统会比同等规模但基于PoW的系统要差，因为安全预算花在了开发硬件上，而这比直接花在电力上的安全预算的效率低。

Tom'sHardware已经报道了Chia价格暴涨和大容量机械硬盘的短缺。但更严峻的可能是固态硬盘，因为你也需要固态硬盘来制作能够塞满大硬盘的BramCohenBinggoTM卡

结论1：对环境最友好的密码学货币，就是把安全预算花在与验证工作最紧密的事项上的币。

锁定资本也是有真实开销的真实支出

Chia和其它使用空间证明的区块链，还是比较容易能跟PoW相比较的，因为你很容易想象旧硬盘塞满垃圾填埋场的情景，所以你很容易确信，它们「真的」对环境有影响。但是，损失资本也对环境有着真实的影响。因为这些钱可以花在碳捕捉技术和碳效率研究，以及等等事项上。人们「感觉」它们是免费的，只是因为人类不擅长思考时间价值。如果资本真是免费的，那矿工不用付出任何代价就能获得了。

V神回应ETH2经济模式评估文章 称文章高估了PoW攻击成本:V神刚刚发推回应一篇ETH2经济模式评估相关文章称，报告很好，但有一个疑虑是，文章分析高估了PoW攻击的成本（特别是租用硬件攻击，但即使是ASIC矿机）。所以PoS可能由于低于13.8%的ETH质押量而更安全（因此不需要增加回报）。[2020/7/17]

有时候你还会看到人们主张权益证明从个体角度看也会有浪费，但从社会角度看则是一种节约，就像DanRobinson说的：

假设你的宗教要求你用自己的牺牲来证明你的诚意。你可以把一头牛丢进火山口，也可以把它赠给陌生人。两件事情对你来说开销都是一样大的，但第一种的社会成本更高。

事实正好相反。锁定资本对你个人来说不是浪费，因为PoS的质押算法会给你补偿——这些资本没有被丢进火山，它为你赚取收益，以其他ETH持有者的利益为代价。锁定资本跟把它送给陌生人完全不同，因为根本就没有陌生人接手这些资金。验证者并没有「把他们的资本平均分发给所有人」，实际上，是每个人都平等地为验证者的工作付了钱。而且，感谢公理2，我们知道验证者所得的支付恰好等于这些资金的成本。

另一方面，锁定资本从社会角度看就是一种浪费，因为这些资本不再能用来建造工厂、资助研究和做一切对社会有利的事。想想2008年的金融危机—没有工厂被毁，也没有哪栋房子塌了，没有任何物质资产的损失。后果仅仅是资本损失—但这仍然是非常非常沉重的社会代价。资本是信息累积的特殊形式，凝聚的是关于资源最优配置的信息。损失信息与损失可触可见的东西并不相同，但同样是一种损失，甚至还要更糟。

声音 | Blockstream首席战略官：PoS类似于PoW的命名方式 让人们以为两者有相同的安全性:据ambcrypto报道，在CoinMarketCap会议的第二天，Blockstream首席战略官Samson Mow表示，比特币显然不是抗ASIC，但是对于山寨币，ASIC抵抗性是他们必须解决的问题，因为它们安全性要低得多。人们以为以太坊没有ASIC，但他们实际上是在悄悄运行，他们的哈希率上升了一段时间，然后他们被释放了。我认为股权证明非常狡猾，因为他们称其为股权证明。命名上为PoS，非常类似于PoW，以便让人们认为PoS和PoW具有相同的安全性。如果称呼为“质押安全（stake security）”会更好。此外，更环保的整个概念是对工作量证明的另一种攻击。[2019/11/15]

所以，谨记公理1和公理2，PoS和PoW的公平比较应该是这样的：

权益证明没有消除矿工的开支，只是把PoW系统支出在电力上的部分转成了资本开支。锁定资本的外部性，相比电力消耗的外部性如何，是复杂而微妙的问题——但糟糕的是，PoS系统的支持者往往假装电力是唯一需要付出的代价：

该有意误导的比较，摘自以太坊基金会博客。

令人失望。以太坊基金会很清楚，「平均单笔交易所耗能源」是一个完全没有意义的指标，这样使用这个数据是有意欺瞒。关键根本不在于PoS系统是否使用了更少的能量——确实更少，但这不是全部。有意义的讨论是：消耗资本更好，还是消耗电力更好？任何支持PoS而不讨论资本成本的理论，都在根本上就错了。

效率对比：质押vs.挖矿

在PoW/PoS的辩论中，PoS支持者常常能占一种便宜：还从未有过完全去中心化的权益证明系统。这也意味着，PoS支持者们可以任意幻想最终的解决方案可以多么有效率、多么优雅。已知的挖矿算法都不是完美高效的，而且，同样没有理由相信PoS系统就能做到无懈可击——但是，在解决方案最终完整成型之前，PoS支持者都不用考虑验证者可能用来这个系统的具体策略。

耍弄系统的机会越多，安全预算与实际验证的关系就越松散。因为「从未有人尝试过真正的权益证明」，我们首先不知道安全预算能多大程度被转化为锁定的资本，更不知道锁仓资本在生成安全性的时候有多高效。根据定义，PoW是跟验证紧密耦合的，但PoS，截至撰文直至，还没有得到完整的定义。

观察1：PoW与安全性紧密耦合。但尚不清楚PoS能做到什么程度。

外部性：质押vs.挖矿

假设我们都同意，从安全性效率的角度看，锁定资本和挖矿的效率是一样的，那就只剩下一个问题了，就是「外部性」。这也是我认为理性讨论的人仍能对其中的权衡关系有所分歧的地方。

短期来看，PoW系统要跟其它项目竞争使用能源，但从长期来看，它会激励便宜能源的开发和生产，而这会逐渐降低电力的成本，给所有人带来好处。便宜的电力也会催生新技术和更多的生产。

权益证明在短期内要跟其它项目竞争使用资本，但它没法激励创造更多资本，所以它会逐渐提高资本的成本。资本成本更高，意味着项目会更少——更少工厂，也更少研究。

你更喜欢PoW的外部性还是PoS的外部性，可能取决于你认为是通过投资技术发展来解决环境危机、还是靠节约当前的消费来解决更好2。要拯救地球，我们是该制造更便宜的可再生能源呢，还是应该让所有东西都变得更贵？

观察2：工作量证明鼓励未来的投资。而权益证明则遏制探索。

PoS甚至没法工作

如我们前面所说，我们还不知道一个充分去中心化的权益证明系统能不能实现。现有的标榜自己为PoS系统的密码学货币，基本都依赖于某些中心化的协调者或「检查点」。自以太坊从2015年启动以来，他们就一直在努力转换成一个完全去中心化的PoS系统，而到现在，他们只推出了Phase0，只是支持验证者质押而已……你一旦把钱锁进去，就去不出来，也花不了。

关于PoS系统能不能做到足够安全，有很多争论。这些都是研究上的开放问题，而不是实现过程中的待办清单。我们不知道还要多长时间才能找出一个好的方案，甚至有没有好的方案都存疑。看看这个2017年的帖子：

PoS也许「能运行」，只不过运行方式是病态的。PoW会偏爱那些能获得便宜电力的人，并以资本来奖励他们。虽然并不完全平等，但不会陷入正反馈循环。PoS则偏爱那些能以便宜的代价获得资本的人，并且奖励资本给他们，这就产生了一个循环。有钱的人会变得更有钱，而且越是有钱，想变得更有钱就越简单。

如果权益证明「可以启动」，但最终结果是所有权力都集中到一小部分超级富有的机构手上，而且他们可以永久控制这个系统，那它就不能解决密码学货币想要解决的问题。那我们还不如继续使用现在这个中央银行和那些「从坎蒂隆效应中受益的内部人」组成的系统。我们希望密码学货币能打破这个系统，而不是新瓶装旧酒。

观察3：工作量证明已经存在，而且证明了自身能继续壮大。但权益证明仍是一个没有解决的问题。

结论

公理1：对环境最友好的密码学货币，应该是购买安全性时效率最高的那个。

公理2：如果一种密码学货币购买了价值X元的安全性，其验证者将总计有价值X元的花销。

公理3：要考虑一个系统的碳足迹，你必须考虑验证者开支的所有方面。

公理4：一种开支越是与验证区块链的实际行动相关，其购买安全性的效率越高。

结论1：对环境最友好的密码学货币，就是把安全预算花在与验证工作最紧密的事项上的币。

观察1：PoW与安全性紧密耦合。但尚不清楚PoS能做到什么程度。

观察2：工作量证明鼓励未来的投资。而权益证明则遏制探索。

观察3：工作量证明已经存在，而且证明了自身能继续壮大。但权益证明仍是一个没有解决的问题。

遗憾的是，经过详细考察之后，我们知道了PoS的大部分「优点」都只是看起来光鲜亮丽，而且还有许多重大的公开挑战。至少到目前，它还是一个乌托邦式的幻想，而不是一种现实的选择。而PoW虽然有缺点，要想组建一个无需信任中心化权威的网络，却仍然是已知最好的方案。

脚注

专用型集成电路：定制化的计算机，但只能做有限类型的计算而不能做别的。

如果我们现实地看待人性，在全球范围内减少消费的唯一办法就是提高技术或者降低人口。任何主张直接「减少消费」的哲学都要么非常幼稚，要么非常可怕。

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