从POW切换到POS后以太坊将有哪些改变?_5G资讯

全息区块链原创作品,作者思想钢印。

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以太坊到目前为止一直跟随者比特币的脚步稳居整个数字货币中市值排名第二的大网络,也不是生态最成功的的公链。当Vitalik提出以太坊最终将要转向POS的时候,这个重要决定将直接影响了以太坊的安全性,以及那些一直在挖掘以太坊的矿工。

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权益证明(PoS)是在区块链网络上保持共识的过程。与工作证明(PoW)不同,PoS不要求矿工解决复杂的数学难题以确保交易安全和维护网络数据,而是使用经济激励来共同维护主网网络的安全和稳定。该理论跳过了传统的POW(Proof of waste)去维护数据,而是选择了经济博弈论这种更好、更有效的方式来维持区块链网络共识。

如果说像比特币这样的PoW网络存在一个最大的问题,那就是维持比特币网络(也可以说挖矿)所需的能源成本随着全网算力的上升在一直上升。这显然是不可持续发展的。有人曾经经过测算,比特币全网一年需要耗费的电力量,甚至大于许多国家的每年电力总输出!

以太坊创始人Vitalik Buterin和其他主要网络开发人员很明显注意到了这个问题,并率先提出PoS是将可被作为POW这种能耗型的可行替代方案。Vitalik也曾多次在公开场合表达了他对POW共识的不满,并在一条推文中指出,“现在每个现有的区块链,包括ETH和BTC,都很糟糕,只有PoS是必要的。”

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首先,Casper指的是Ethereum的POS协议。简单来说,就是通过有持币者的投票来取代“挖矿”,以更快速、省点和绿色的的方式在节点之间取得共识。Casper的运作机制和其他的POS有些不同,Casper在整个系统中会以一个智能合约的方式运作,过程如下:

1)任何人都可以锁仓(Lock)一定量以上的ETH(最低1000个),成为一个验证者(Validator)验证者有权利验证(Validate)区块,当他们验证后觉得一个区块是合法的,可以被加到区块链上,验证者需要下注(Bet or Vote)到这个区块上。

2)如果这个区块被加到了链上,则验证者会得到ETH奖励

3)如果验证者选择了错误的区块,则他所有锁仓的ETH会被回收。

这是最特别的一点:Casper协议可以惩罚恶意节点!

为什么要有这么严格的惩罚机制呢?其实原因很简单,这是一个有效的解决Nothing at Stake攻击问题的方法。

Nothing at Stake指的是一个早期POS系統常见的问题,当一个链有分叉出现时,如果在一个沒有惩罚的机制之下,一个最理性的Validator验证者會选择下注所有链的新区块,因为这样无论最后哪一条分叉链被采纳,他都会获得奖励。

这样会造成的问题是这两条分叉很难最终决出胜负,因为所有以自身利益为出发点的节点都会选择投票给他觉得可能赢的区块,很少有节点会投只投一个给概率最高的区块。因为链上的冗余会非常高,整体效率减低。

POW中则不会发生这种情况。因为在POW中,要这么做会把矿工算力分散,使收益降低,所以没有矿工会这么选择。

因此Casper协议这个惩罚机制,能惩罚为了自身利益而投票给错误区块的验证者,没收ETH的方式会督促每个Validator验证者避开不合理的投票。

Casper协议除了能使投票井然有序的进行,让每个验证者共同的维护主网外,还能避免以太坊被攻击。

在POW机制中,网络中的节点选择当一个诚实的或是恶意的节点的成本是没差别的。如果一个节点不断作恶,顶多只是不停的浪费电费,Vitalik也直白地用了一个词语“无限次数的攻击(Spawn Camp Attack)“来形容这种攻击;但是在Casper里,当一次作恶的节点就会被没收所有的保证金。

如果对POW发生51%的攻击,那么攻击者可能拥有足够的硬件来持续无限次攻击(Spawn Camp Attack),因此社区必须改变POW算法来抵消ASIC大功率矿机的影响。POS算法遭遇51%攻击时,社区成员可以通过协调少数UASF(紧急共识名为“用户激活软分叉”UASF,user-activated soft fork。这个概念的作者认为把隔离验证等方案的命运交到矿工手中会产生很多问题)来恢复,社区可以无限次进行修复操作。因此用POW共识机制恢复账本运作要比POS共识机制困难的多,所以POS可以在更高的受攻击频率下达到同样的可靠水平,并能以远远低于POW共识的成本达成共识。(想起了当币安被盗币的时候,CZ在twitter说要roll back比特币的那条爆炸性tweet,下面引起了无数矿工担(撕)忧(逼)。USFA这个概念的作者一开始也认为把隔离验证等方案的命运交到矿工手中会产生很多问题,由矿工来激活软分叉存在政治和技术上的问题,非常有先见之明)相比POW,Casper协议的力量就在于当攻击者要对以太坊发起攻击的时候,就等于是自己动手放火烧掉了自己的一大片矿场,会让攻击的代价变得极高!

现在有2个Casper项目在ETH开发团队中进行,分別是 Casper FFG 和Casper CBC,Casper最终会以何种形态出现还是未知之谜,因为Casper还有很长的路要走。

Casper FFG: Casper the Friendly Finality Gadget

FFG项目由Vitalik亲自主导,目的是完成一个PoW和Pos的混合(Hybrid)的共识机制。这是为了完成从POW到POS的过渡期。他的设计方案是在每50个PoW的区块产出之后,透过PoS來最终决定一个决策。这种混合型共识机制有助于向社区中的人普及POS,最后才可以真正把以太坊完完全变成PoS。

Casper CBC: Casper the Friendly Ghost: Correct-by-Construction

该项目由Vlad Zamfir主导,他也是大家想到Casper时总会先到的人。什么是CBC协议呢?你是动态地推导出该协议的。获得完整协议的其中一种方式是运行一种Vald称为“理想对手(ideal adversary)”的预估安全预言机(estimate safety oracle),它运行下列两者之一:

1)提出一个合理估计的错误的例外情况。

2)列出所有在未来可能发生的错误。

挖矿是PoW共识里的一个主要功能。在PoW共识机制上凡是参与数据维护的矿工都需要挖矿,都需要采购挖矿设备。以太坊提出的PoS模型最终将结束以太坊原来的挖矿模型。

这不仅会对以太坊网络产生影响,同时还会对其他区块链网络产生联动影响。这是因为之前挖以太坊区的矿工会在未来的某个时刻将他们的大量的挖矿设备切换到其他的区块链网络中。根据鱼池数据显示,截止目前以太坊全网算力约有180TH/s,一旦以太坊转化为POS,以太坊的算力切换到另一条主网,必然将为下一条区块链网络创造了大量的哈希能力(算力)。

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虽然以太坊开发团队正在致力于将以太坊从POW切换到PoS,但在以太坊网络实际完成转换之前,更有可能采用混合PoW+PoS模型。实际上,所提出的Casper协议建议在该阶段期间每100个块使用PoS。此外,正如其白皮书所指出的那样,“Casper仍然不完美”,因此尚未准备好完全释放到网络中。

在POS模式下,矿工的“挖矿”收益与他的币龄成正比,而与电脑的计算性能无关。据Vitalik解释,POS共识算法将寻求虚拟复制比特币的挖矿过程,而无需浪费电力。

从原理来说,目前混合挖矿的这套设想思路为,以后以太坊系统上将会在POW与POS两个共识机制中交替运行,因此一些交易块的数据(1%)将通过POS得到保护,其余的仍然是在POW。而这个计划如果被实施,即意味着POS将首次在以太坊上变成现实使用。

混合挖矿的提出,将为缓慢实施这种Casper协议的共识模型提供一些时间,而不会让以太坊瞬间面临网络安全漏洞的风险。这也预示着目前以太坊的矿工们将有足够的时间准备搬迁到POS。不过仍然可以预见的是,在未来的某个时刻,以太坊区必然将切换到POS。