POW:PoW和PoS大辩论：谁拥有真实的开放性？谁能远离热力学的终局？

编者按：本文来自橙皮书，作者Jan，Odaily星球日报经授权转载。

这两天在橙皮书的微信群里面产生了PoW和PoS的大讨论，甚是精彩，从讨论中我看到了许多有价值的观点。由于微信群本身是一个非常不适合讨论的工具，讨论到后来很多回复被忽略，很多问题被反复提出来车轱辘说，效率实在太低，因此我在这里将讨论中提出的问题整理出来，统一回复一次，避免重复劳动。A:POS大户坐着获得的资本利得，是小散无法逾越的鸿沟，且无法约束他的权利。B:这个问题是社会正常现象吧，有钱的人挣钱本身就是比平民容易，他投入这么多钱收入却比别人少,那才是不公平啊。现在是大家获得的比例是一样的，大户投入的钱多，就是会获得更多的回报。这是一个PoW和PoS讨论中常见的对话。A提出了两个问题，1.(公平性问题)PoS大户坐着获利，普通人没有；2.(无法制约）PoS大户的权利无法约束。B回答了1。对于问题1,我同意B的看法。投入多回报多是合理的，无论是pow还是pos都是这样，区块链是帮助实现过程公平而不是结果公平的工具。在区块链里面我们依然会看到马太效应。试图用区块链去解决结果公平的后果是区块链治理的内涵无限扩大，将本该由协议解决的各种问题统统推给投票去解决。然而无论是历史还是理论早就告诉我们，世界上并没有完美的群体选择制度。区块链是一个能够记录数据，保证数据不被篡改，为所有人提供数据的工具，通过这样一个工具帮助我们更好的实现过程公平，已经是非常非常大的进步了。问题2是一个在讨论中被忽略的关键问题。投入资源换取回报天经地义，但前提是你想投入就能投入吗？举个例子，一个明星创业团队融资，是不是任何vc想投就能投进去呢？PoW具有非常好的开放性，使得后来的共识参与者总是可以加入共识群体，而PoS不具有这样的开放性。引用这里的讨论：在PoS中，未来的共识群体是由今天的共识群体决定的。任何新的节点想要参与共识都需要通过至少一个交易来实现，而这个交易是否被处理是由今天的共识群体决定，他们可以处理这个交易，也可以不处理这个交易，如果不处理这个交易，新的节点永远都无法参与共识。同时，“不处理交易”是容易伪装而难于惩罚的行为，我还没有看到能在共识协议中解决这个问题的方案。PoS往往是根据stake的权重来分配出块比例，考虑到大部分系统中stake的集中程度，这是一个非常实际的问题。PoW是彻底的Permissionless。无论什么时候，只要你愿意，都可以买矿机和电力加入出块者的行列，不需要今天的矿工给你任何形式的许可。你也许会说，我还是需要购买矿机和电力呀，这是不是一种形式的许可呢？是的，从更低一层来说，这也是一种许可。但遗憾的是，在所有的ProofofXXX中，这已经是最去中心化的许可形式了，毕竟矿机生产和电力资源的去中心化程度远高于各种tokens(的分散程度)。我们总是应该追求尽可能的去中心化，否则用回中心化系统就好了。”是否能够投入”本身可以看作一种option，有非常高的价值。PoW能有这样的性质，是因为工作量证明的计算是一种不依赖历史的计算，无论你在任何时间点购买算力加入计算，你都和其他矿工在同一个起跑线上,这是一个非常独特的、反直觉的性质，正是这个性质使得后来者总是能打破了早期参与者的优势。PoS不同，因为stake是系统中内生的资产，资产的所有权是由系统历史决定的，交易顺序是由系统历史决定的，因此无论是需要抵押token加入的pos，还是只需要持有token就可以参与的pos，其validator集合都是这个系统自身的历史决定，PoS和PoW在”参与共识是否需要依赖历史“上是截然不同的。我们很容易能看出，这是一个本质不同，无论什么样的上层设计都解决不了这一点。因此PoW和PoS的设计，从根本上是两种不同的思路，体现两种不同的理念：(PoS)系统应该让先发者获得天然的优势(PoW)系统不应该让先发者获得天然的优势注意主语是“系统”，共识参与者在系统外的优势不是任何协议设计可以解决的。如果你认为1是对的，自然应该支持PoS，反之你应该会更赞同PoW。CKB在设计中选择PoW，是因为CKB的设计目标是Layer1，一个全世界共用的基础设施，我们希望它可以长久而且中立的运行，要做到这一点，系统不应该让先发者获得天然的优势。A:pos买币staking不就是投入了吗？确实是投入，但是这里的“投入获得回报”中的”回报”已经变了。对于投入获得的回报我们需要分开来看，一种回报是token收益，最近的pos基本都支持delegate,所以基本上所有人都有这个option.另一种是参与共识的权利，根据上面的回答，它可以被现有的validator垄断，大部分人没有option。权利有很多种，分红只是其中一种，而且不是关键的那一种。那么共识的权利为什么重要，它有什么用呢？它意味着你可以对交易排序，而交易排序决定了链上众筹时你的交易能不能及时上链，在DEX里面交易时你的订单能不能及时成交，等等等等。在PoS的系统上做DeFi？你需要认真考虑一下validator本身是做什么的，是否和你的发送的交易有利益相关？我们知道，DeFi的交易很可能是价值含量非常高的交易，e.g.DEX里面一个巨大的买单，这时候validator如果安排一个插队的交易怎么办？仅仅是交易顺序的不同就可以造成巨大的获利，何况共识节点能做的远大于此？聪明的你一定会想到：“那PoW的矿工/矿池不是一样有这样的问题吗？”没错，PoW的矿工一样有这样的权利，但PoW有两个优点可以削弱这个问题：1、出块节点和生态中的关键用户是解耦的。生态中的关键用户，指的是交易所、钱包等围绕区块链提供服务的服务商，它们为大量的用户提供优质的服务，聚集了大量的用户和交易。在PoS中，由于拥有大量用户和交易，stake会自然的往生态中的关键用户集中，形成天然的stakepool，因此关键用户在业务上的优势可以转化成在共识和治理上的优势，使得先行者的优势更加强化。在PoW中，矿工群体和交易所/钱包是独立的，他们有不同的专业分工，通过不同的专业知识，不同的方式获取回报，关键用户不能将自己的业务优势转化为协议中的优势，矿工也没办法将自己在协议中的优势转化为上层业务的优势。在PoW中，开发者、用户和共识节点之间可以形成制衡。2、PoW的共识是开放的，充满了激烈的竞争。也许一个矿池/矿工可以在短时间内做到这一点，但由于新的矿工总是可以自由加入，想要长久的做到这一点是非常困难的，激烈竞争将会造就一个越来越公平的充分竞争的市场，这需要时间(30年？maybe)。反过来，在PoS中，由于天然的先行者的优势，以及业务优势和共识优势的绑定，先行者的优势只会越来越大，竞争将逐渐消失，最后形成垄断或寡头。在基础设施级的协议里面，我们应该尽可能的去避免垄断。区块链本身是一个大的排队机，决定排序的权利是这个系统中最关键的权利。A:(Bitcoin)一小时51攻击的成本区区44.3万美金。A想要表达的是，Bitcoin并不安全，因为只要44.3万美金就能攻击它了，然后PoS的token是有限的，没有攻击者可以从市场上购买到足够多的stake来攻击。这个观点忽略了一个问题：在某一时刻，地球上的算力同样是有上限的。如果一条PoW的链只有10%的SHA256算力，这样算是没有问题的。但是如果比特币已经集中了90%的SHA256算力，你从哪里去获得另外90%的SHA256算力呢？量变会引起质变，算力地位的变化会影响安全性。不安全的不是PoW，是没有获得足够算力的PoW链。使用PoW的区块链都会遇到比使用PoS的区块链更大的起步问题，然而正是这样真实而残酷的考验才能证明区块链的安全。不然，我也跑一条PoS链，99%的token都归我自己，1%在市场上想炒多高炒多高，安全性岂不是分分钟超过Bitcoin?Bitcoin已经运行10年了，上面承载的价值这么多，为什么攻击没发生呢？相反，某些链运行了不到一年，上面存了价值区区几十万元的智能合约被偷了无数次…理论需要不断用事实修正，当理论和事实不符的时候，一定是理论错了。同样是有上限，在PoW链中参与共识所需要的资源上限是随着时间变化的，由科技的进步、人类的进取心和激烈的竞争不断推动前进，所需要的自然资源的获取是完全去中心化的；而PoS链中所需要的资源上限是协议规定好的，增发的token全部进入现有validator的手中，再通过validator在市场上的售卖或是stakingpool的分红分发出去，会不会有些似曾相识？A:这两者抽象到最后都是资本，pow是以资本开支和opex计算资本成本；pos是以抵押物市场价值计算机会成本，这两种成本都是不可逆的。我不赞同这种逻辑，忽略中间过程直接捅到本质恰好忽略了关键。过程是关键，过程会产生摩擦，过程会产生损耗。即使都是资本，资本的流动性和产生垄断的速度也是有差异的，协议是否能从垄断中回复也是有差异的，见前文。A:我不觉得PoS的持币者会一直不卖。A:过度集中，谁会给生态贡献。A:如果筹码90%在你手里这个生态也就做不下去。A:对你来说高度集中持币是没有价值的。A:你都垄断90%代币，没有人给你交租。垄断也是可以建立生态的，腾讯、苹果都是例子。无论是历史还是经济学原理还是<从0到1>都很清楚的告诉我们，垄断才能获取暴利。同时，垄断存在不代表你知道有垄断存在。token是世界上最具有流动性的资本，即使我拥有90%的token，我也会把它分散投入到100个stakingpool里面去，而不会集中在一个stakingpool里面。垄断者不会喜欢跳出来说“hey，我垄断了这个系统！”。A:潜在作恶垄断者会因为短期利益卖出token，作恶就是为了短期利益。即，潜在谋求短期利益垄断者会因为短期利益卖出token。B:头部抵押者都被看的很清楚，解抵押了，或者提币去交易所了，本身会导致价格下跌，他还没砸呢，就已经反映了。A:我也是这个意思，垄断者不作恶不也是安全的么。这里混淆了垄断和作恶的概念。作恶指的是显式的攻击，例如双花一笔交易，作恶是可以被观察到的，系统或者生态也可以作出相应的反制。垄断是隐式的，垄断者不需要也不会攻击这个系统，但是它依然可以利用自己的共识权利获得更多的利益，正如前文说的，只要能操控交易排序，你就能操控一切。操控交易排序是无法被发现的。在PoS系统中，操控交易排序也意味着操控未来的validator集合，意味着垄断地位可以轻易的维持，这是根据系统历史来保证系统安全的必然结果，这一点在PoW中是不存在的。我们现在还没有找到一个方法可以在所有时间排除一切垄断的可能，但是PoW至少给了我们一个更长的时间维度上使得垄断难以存在的设计，我觉得这一点对于Layer1至关重要。A:第一点，pos链后来者为什么不能参与？买币比买矿机门槛低多了，pos里面长期存在垄断者这个结论我是不认同的，没有经济规模效应；2攻击pos的成本比较，收购stake只是一方面，还有reputation系统，pos里面节点是非常在意自己reputation的，这个成本对节点是巨大的。第一点问题中，垄断的问题上面已经有回答。关于门槛问题，我认为这是很多人甚至包括协议设计者常常犯的错误。区块链的首要目标是安全和去中心化，而门槛以至于一切易用性问题都不是区块链的目标。在区块链协议里面讨论门槛问题就像是在说“你让普通人怎么去构造TCP请求包“一样，将不同层次的目标混为一谈。要降低门槛，提高易用性，我们可以在上层做很多工作，做钱包，做云挖矿，设计各种金融产品，为什么要在区块链协议里面考虑门槛的事情呢？Nervos追求分层的协议架构，也是因为看到了易用性问题和安全问题必须分开考虑，易用性/门槛和安全从本质上就存在矛盾，强行扭在一起只会让我们一无所获。未来区块链协议的直接参与者一定是专业用户，这些专业用户通过搭建服务、降低使用门槛、提供易用性来获取生态中普通用户的支持和收益。第二点，reputation是一个无法量化，区块链协议也无法判断的东西。将区块链的安全寄托在reputation上，只会让区块链走回现有信任体系的老路。同时reputation还有无法转让的特点，基于一个无法转让的事物建立安全模型，会不会又有些似曾相识？A:其实这里面有很多隐含的假设，如果一个pos链出现你说的一个cartel控制1/3的token，社区是可以通过应分叉forkoutcartel；我不觉得一个pow链被51%算力控制的链，也面临同样严重的问题；另外我觉得节点隐藏最后长时间形成多数控制这种可能性是不大的。将协议中解决不了的问题推给链外治理和硬分叉，确实可以解决一切问题，但这应该是一种成本极大的最后手段，不应该成为随便使用的工具，区块链的协议应该尽可能的避免陷入这个场景。使用链外治理和硬分叉等价于承认协议的不足，需要人来接手了。我赞同一个区块链生态最终是需要人来治理的，但是我认为人介入的频率越低越好，如果不追求这一点，为什么还需要区块链呢？只有降低人参与的频率，协作的自动化成本才能降低，协作所需要的信任基础才能减小。“节点隐藏最后长时间形成多数控制这种可能性是不大的”——只要时间足够长，无论多小概率的时间都会发生。金融市场的黑天鹅告诉过我们无数次了，愿我们的记忆不只是7秒。A:xxx的筹码在不断分散A:xxx的钱包地址从ICO1000多个，不到一个月上万个。根据top100的地址或者top20stakingpool的分散程度是无法证明token是分散的。道理很简单，我们谈论的都是无需许可(permissionless)的系统，地址代表的只是一个公私钥对而已，不代表一个身份。产生地址几乎是零成本的，存有stake的地址数量无法代表持有这些stake的是不同的用户。不要混淆地址和用户。在PoS中，validator集合中的validator数目是无关紧要的，并不能代表stake分散。如前文所说，如果你有99%的stake，你应该把它们分散到100个甚至1000个validator上去。PoW中同样会有算力集中在大矿工手中的问题，但是由于PoW的开放性以及系统没有给后来者制造劣势，这样的集中只会是暂时的，算力将在激烈的竞争中不停的从一个人手中转移到另一个人手中。PoW赞美竞争，PoW是一个开放的系统，只有开放的系统才可能远离热力学的终局，保持长久的生机。PoS有其价值，也有其问题，因此无法适用所有场景。Layer1的区块链协议必须使用PoW，只有使用PoW的Layer1才能解决我们希望解决的问题，实现我们希望的未来。

EthereumPoW推出ETHW与以太坊间的跨链桥ETHW Bridge:9月20日消息，据官方推特，以太坊分叉项目EthereumPoW宣布推出跨链桥ETHW Bridge，支持ETHW与以太坊网络之间的ETH、USDT和USDC桥接。[2022/9/20 7:08:05]

鱼池在PoW最终区块附言：勇于做出承诺，完成未竟之梦想:9月15日消息，鱼池在以太坊 PoW 时代最终区块引用美国民族植物学家和神秘主义者特伦斯·麦肯纳的名言写下寄语：“只要勇于做出承诺，世界自会助你铲除不可逾越之阻碍。去完成未竟之梦想，宇宙绝不会抑制你前进的步伐。这即是奥义所在。”

此前报道，以太坊于14:43达到终端总难度（TTD），以太坊PoW时代最终区块由F2Pool挖出，高度为15537393。[2022/9/15 6:58:19]

ETC Labs首席执行官：黑客能利用租用算力攻击PoW区块链是巨大问题:金色财经报道，Ethereum Classic Labs首席执行官Terry Culver表示，黑客能够利用租用的算力对工作量证明（PoW）区块链进行51%攻击，这实际上是系统中的一个巨大漏洞。据悉，使用租用的算力对ETC进行51%攻击将花费大约3800美元。[2020/9/12]

滑铁卢大学教授：XRP是PoW机制替代品:加拿大滑铁卢大学教授Anwar Hasan声称，现在应该用更好的替代方法来代替工作量证明（PoW）。与PoW加密货币相比（例如BTC），XRP是一种更优秀的可持续性解决方案，因为它的能耗极低。根据Hasan的研究，运行XRP验证程序节点仅需62.84美元，这与开采一枚比特币2.6万美元的成本相差极大。（U.Today）[2020/4/29]

现场 | HelloEOS梓岑：PoW和DPoS的争论 实际是在争夺“出块权”:金色财经现场报道，全球区块链开发者大会 GBDC 2018 Day2 会议正在进行，会上HelloEOS创始人梓岑表示，PoW和DPoS的争论中，实际是在争夺“出块权”。在PoW机制下，矿工投入大量算力争夺出块权，而DPoS则是以能够提供的资源贡献给生态，以获得投票支持。其生态包括丰富的开发者工具，活跃的社区和多链生态。梓岑认为，Dapp需要更好的用户体验，更完美的经济模型，更专业的游戏设计。EOS Dapp第一步已经走出来了，第二步则要看第三方的应用厂商不断优化的过程。优质 Dapp的共性是完美结合区块链特性，切实解决痛点需求，其中包括：多中心化、不可逆、开放性。[2018/12/17]

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