以太坊pow難度調整

『壹』 一文了解以太坊挖礦演算法及算力規模2020-09-09

以太坊網路中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實現。當前以太坊也是採用POW共識機制，但是與比特幣的POW挖礦有點不一樣，以太坊挖礦難度是可以調節的。以太坊系統有一個特殊的公式用來計算之後的每個塊的難度。如果某個區塊比前一個區塊驗證的更快，以太坊協議就會增加區塊的難度。通過調整區塊難度，就可以調整驗證區塊所需的時間。

以太坊採用的是Ethash 加密演算法，在挖礦的過程中，需要讀取內存並存儲 DAG 文件。由於每一次讀取內寸的帶寬都是有限的，而現有的計算機技術又很難在這個問題上有質的突破，所以無論如何提高計算機的運算效率，內存讀取效率仍然不會有很大的改觀。因此，從某種意義上來說，以太坊的Ethash加密演算法具有「抗ASIC性」。

加密演算法的不同，導致了比特幣和以太坊的挖礦設備、算力規模差異很大。

目前，比特幣挖礦設備主要是專業化程度非常高的ASIC 礦機，單台礦機的算力最高達到了 112T/s（神馬M30S++礦機），全網算力的規模達到139.92EH/s。

以太坊的挖礦設備主要是顯卡礦機和定製GPU礦機，專業化的ASIC礦機非常少，一方面是因為以太坊挖礦演算法的「抗 ASIC 性」提高了研發ASIC礦機的門檻，另一方面是因為以太坊升級到2.0之後共識機制會轉型為PoS，礦機無法繼續挖。

和ASIC礦機相比，顯卡礦機在算力上相差了2個量級。目前，主流的顯卡礦機（8卡）算力約為420MH/s，比較領先的定製GPU礦機算力約在500M~750M，以太坊全網算力約為235.39TH/s。

從過去兩年的時間維度上看，以太坊的全網算力增長相對緩慢。

以太坊協議規定，難度的動態調整方式是使全網創建新區塊的時間間隔為15秒，網路用15秒時間創建區塊鏈，這樣一來，因為時間太快，系統的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時間發動51%（也就是半數以上）的算力去修改歷史數據。

『貳』 什麼是以太坊 PoW（ETHW）

以太坊PoW（ETHW）是加密行業中的一個關鍵議題，它由礦工和社區支持者發起，對抗以太坊從工作量證明（PoW）共識機制轉向權益證明（PoS）的決定。ETHW旨在保留PoW機制，吸引了一群希望保持盈利能力的礦工。在合並後，EthereumPoW（ETHW）誕生，與以太坊（Ethereum）形成競爭。ETHW的區塊高度將永遠兆中為The Merge +2,048，挖礦難度約為220筆交易，哈希率每秒超過15筆交易（TPS）。ETHW的核心貢獻者發布了路線圖，計劃在The Merge之後幾個小時啟動主網，主網將在變更後的第2,049個區塊epoch激活。

以太坊從PoW到PoS的轉變是由於一些礦工不願放棄利潤豐厚的PoW機制，轉向利潤較低的PoS機制。據Arcane Research報告，以太坊挖礦收益在2021年達到180億美元，高於比特幣的170億美元。ETHW的成功取決於廣泛社區的支持，包括日常加密用戶、開發人員和企業。然而，ETHW的成功不太可能，因為以太坊廣泛的生態系統，包括數千種獨立資產、DeFi市場、NFT和穩定幣。

ETHW與ETH的主要區別在於共識機答液制、分片和信標鏈。ETHW保留了PoW機制，而ETH轉向了PoS機制，隨機挑選驗證者來確認區塊。分片將數據分布到多台計算機以提高處理速度，以太坊將通過引入64個分片來利用分片，這將解決以太坊的可擴展性問題。信標鏈作為整個生態系統的控制大腦，確保PoS機制的功能性和可持續性，並選擇驗證者並監控他們的活動。

ETHW與ETC的主要區別在於價值差異和社區支持。ETC自2016年分叉以來錯過了DeFi和NFT的發展，而ETHW是ETH的最新分支。隨著過去四年中開發的DeFi應用程序的增長，如果整個社區充分支持ETHW，它可能比ETC更具有價值。

結論是，以太坊PoW（ETHW）是加密行業清猜物中的一個重要議題，它對抗以太坊的共識機制轉向，吸引了一群希望保持盈利能力的礦工。ETHW的成功取決於廣泛社區的支持，包括日常加密用戶、開發人員和企業。盡管有挑戰，ETHW團隊通過空投和激勵措施，已經說服了近20個前以太坊礦池繼續保護網路，這為ETHW的成功奠定了基礎。然而，ETHW的長期成功仍取決於廣泛的社區支持和對DeFi和NFT等應用的支持。

『叄』 區塊鏈的共識機制

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。北京木奇移動技術有限公司，專業的區塊鏈外包開發公司，歡迎洽談合作。下面我們將一下區塊鏈的幾種共識機制，希望對大家了解區塊鏈基礎技術有幫助。

因為區塊鏈技術的發展， 大家對共識機制這個詞也不再陌生，隨著技術發展，各種創新的共識機制也在發展。

POW工作量證明

比特幣就是使用PoW工作量證明機制，到後來的以太坊都是PoW的共識機制。Pow相當於算出很難的數學難題，就是計算出新區塊的hash值，而且計算的難度會每一段時間就會調整。PoW雖然是大家比較認可的共識機制,計算會消耗大量的能源,還有可能會污染環境。

POS權益證明

通過持有Token的數量和時長來決定獲得記賬權的機率。相比POW，POS避免了挖礦造成大量的資源浪費，縮短了各個節點之間達成共識的時間，網路環境好的話可實現毫秒級，對節點性能要求低。

但POS的缺點同樣明顯，持有Token多的節點更有機會獲得記賬權，這將導致「馬太效應」，富者越富，破壞了區塊鏈的去中心化。

DPOS權益證明

DPOS委託權益證明與POS原理相同，其主要區別在於，DPOS的Token持有者可以投票選舉代理人作為超級節點，負責在網路上生產區塊並維護共識規則。如果這些節點未能履行職責，將投票選出新的節點。同樣的弊端也是傾向於中心化。

POA權威證明

POA節點之間無需進行通信即可達成共識，因此效率極高。並且它也能很好地對抗算力攻擊，安全性較高。但是POA需要一個集中的權威節點來驗證身份，這就意味著它會損害區塊鏈的去中心化，這也是在去中心化和提高效率之間的妥協。

『肆』 ETH合並的幾個小Tips：何時通縮分叉幣價值幾何

1、共識機制的切換並不是「瞬時」完成：

以太坊 主網合並升級不會立即完成Pow Pos的轉變，當前以太坊是兩種共識機制同步運行，Pow佔90%，Pos佔到10%，按照開發組將難度炸彈的時間推遲到9.12日，難度炸彈爆發後伴隨合並完成Pow挖礦難度將會逐漸「指數型增加」，屆時局於挖礦成本的問題，倒逼Pow礦工逐步退出網路，但該過程可能持續將近6個月以上的時間，Pow網路也將進入「冰河期」

2、冰河期逐步減產，「通縮」並非一蹴而就：

在冰河期，由於以太坊Pow挖礦難度的劇增，出塊時間的延長意味著礦工每日出塊總獎勵減少，按照以往難度炸彈爆發時期的數據，冰河期內大約1個月會進行1次Pow挖礦難度的調增，每次調增的力度都會比上一次更顯著，預估持續6個月以太坊網路的總獎勵將減少50%以上，持續9個月的時間將減少80%以上，經過6-9個月的時間將會完成大部分的減產，近幾日 ETH Burn徘徊在1300附近，因此以太坊真正達到「通縮」需要在合並6個月後即23年上半年才能完成

3、用戶端並不會有過多不良體驗：

在以往難度炸彈爆發的冰河時期，隨著Pow挖礦難度的陡增，用戶端可能會產生非常不良的體驗，雖然手續費可能並沒有很高的提升，但是交互時間延長會明顯降低用戶體驗；不過本次合並之後用戶可能不會感受到明顯的交互時間延長，合並後共識機制的切換，Pos驗證開始將逐漸承載原本Pow驗證的份額，出塊時間更多的是參照Pos的時間；並且本次難度炸彈爆發和合並相隔時間不長，最多隻會有1-2次的挖礦難度調增，最差情況下增加2秒附近的出塊時間可能也不會過多影響用戶體驗

4、礦工分叉價值幾何？定價權在交易所：

2017年 比特幣 經過了一波分叉潮，潮水過後最終發現大家都在裸泳，只有比特幣仍然屹立不倒，當時市場更多的是看不懂、看不清，分叉的「好」與「壞」在激辯中沒有定論，交易所上線分叉也不會背負更多的罵名，市場的猶豫成為交易所爭奪流量的工具；但今日非同往昔，主流的聲音都是力挺主鏈，小型交易所可能會應為流量爭奪被迫上線，而頭部交易所應更加愛惜自身的羽毛，沒有頭部交易所支持失去流動性的分叉將是一地雞毛；不過分叉幣大概率還是會存在

5、算力遷移能否成真？或是偽命題：

市場更多的是在計價炒作預期。市場中大約80%以上為Gpu礦機，大部分GPU礦場會轉型，為視頻流應用程序構建基礎架構、2D 和 3D 對象的渲染以及雲伺服器，因此也能保證一定的利潤；算力遷移的過程伴隨著挖礦難度的驟增，獎勵也會隨之減少，甚至入不敷出，因此並不認為大礦工會頂著巨額的成本拉高ETC沒有生態支持的幣價，更何況Gpu礦機也並非一條出路。而算力遷移和幣價是否有直觀的聯系更像是先有雞還是蛋的問題

『伍』 區塊鏈pow解決了什麼(區塊鏈pocc合法嗎)

兩種共識機制對比（PoWvsPoS）

區塊鏈中最核心的架構就是共識機制，可以說是區塊鏈的驅動引擎，發展這么多年，目前主流比較明確經得住考驗的就只剩下PoW(ProofofWork)與PoS(ProofofStake)兩種機制。簡單概述下，PoW系統的特點是通過消耗大量算力來計算特定演算法的解（典型如哈希），第一個算出結果的有權生成區塊，同時也會得到coin作為獎勵（這也是coin的生產與分發過程，形象地稱為Mining），採用PoW的典型區塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運行時間最長，被公認為是最可靠安全的共識機制；其本質是通過消耗大量算力來實現系統內的逆熵過程，保證系統的長期安全與穩定。但PoW被廣為詬病的也是其消耗太多的能源資源，這方面PoS就被認為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過質押系統中的資產即coin來成為一個質押者（staker），這樣就有權產出區塊，質押份額越多，獲得產出區塊權的概率就越高，也代表著獎勵越多。

在分布式系統中有一個CAP定理，是指一個分布式系統中存在著三元悖論，即不可能同時滿足這三個特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區容錯性(Partitiontolerance)，而只能滿足其中兩個。區塊鏈作為一種分布式網路，這個定理也逐漸演變成了區塊鏈的三元悖論，即安全性(Security)、去中心化(Decentralization)和可擴展性(Scalability)，也是同時只能滿足兩個特性。

整體上看PoW系統更注重的是安全性(Security)與去中心化(Decentralization)，放棄可擴展性(Scalability)，這也是Bitcoin網路的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統更關注的是可擴展性(Scalability)與去中心化(Decentralization)，但就PoS能否真的實現去中心化(Decentralization)，我是比較持懷疑態度的。從保守主義與系統的更長期穩定的角度出發，我個人是堅定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關，並不是特別看好PoS作為基礎層能比較穩定。特別是像這次5月份的Luna事件，事件大概的過程是Luna鏈上的演算法穩定幣UST缺乏價值支撐最終脫錨，其核心問題在於UST的錨定設計試圖用一個PoS股權系統去支撐其錨定美元，而且還超發了太多UST，再加上UST與Luna的兌換設計缺陷最終導致Luna自身的死亡螺旋。但這個事件更大的意義應該是敲響了一個警鍾，PoS機制在面對空頭資本砸盤時真的還能維持穩定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時節點數量萎縮的速度會很快，逐漸趨於中心化。

所有系統設計都需要根據自身定位來折中，以下從價值錨定的角度，簡單分析下為什麼長期來看PoW會更有優勢。

在PoW系統中三股主要的參與者分別是研發人員，投資者（或者叫用戶）與Miner，這三者的相互制衡，使得這個系統達到一個穩定平衡的狀態。而PoS系統中，將Miner這個重要的制衡力量移除了，投資者和Miner變成了同一群體質押者（stakers），因此該群體濫用權力的行為會變得相對不受限制，並且該鏈隨後的發展方向也可能會更加不平衡，更容易傾向有利於質押者（stakers）群體的方向。

PoW系統很好的闡述了什麼是被普遍認可的價值，抽象上來看就是高代價的稀缺性，高代價與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多隻能實現其中一個稀缺性。

Miner為了在鏈上生產區塊賺取coin，不僅需要持續支付高額電力成本，還必須不斷投入研發、升級硬體、優化基礎設施和運營規模來保持其競爭力。最終結果是，能夠長期持續盈利的Miner並不會是一個一層不變的群體，而是總在競爭中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來。這也更有利於去中心化(Decentralization)，因為不斷變化的Miner群體意味著沒有一個Miner可以在相當長的時間內保持網路的大部分算力，除非他們通過嚴酷的競爭考驗，不斷優化自身來提供更多的算力。

而PoS系統中的質押者實際上並多少真正的風險投入，也沒有優勝劣汰的嚴酷競爭機制，他們只需要簡單地運行一個staker節點就可以躺著賺利息，本質上只是將自己在銀行系統里的錢簡單的轉化為鏈上資本，就可以坐地收割後進入這個系統的新人。這種行為並沒有太多難度，只是簡單地賺取「無風險」利息，他們並沒有將資本轉化為任何形式的需要面臨風險考驗的投資。

而且當發生硬分叉時，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時會更為謹慎，因為他們需要投入高昂的電力成本來為他們的選擇背書，一旦選錯了將損失所有投入成本。PoS系統如果發生硬分叉，質押的coin作為系統內部狀態的一部分，硬分叉後質押者將在兩條不同鏈上都擁有相同數量的資產，由於沒有什麼沉默成本，導致質押者更願意兩邊都支持，從而使硬分叉更容易且更頻繁地出現，這被稱為nothingatstake問題。

PoW是真正能做到無准入限制的(Permissionless)，就是說已經在這個系統中的老人無法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網路中產出coin。而PoS系統中，新人要進入，都不得不先從老人手中買coin。

而且PoW中Miner為了支付各種高昂成本（電力，設備，基礎設施等），產出coin後也不得不賣出一些以彌補成本，這同時也是一種把coin分發給更多人的過程；特別是在熊市，Miner為了維持開銷也不得不低價賤賣coin，這樣新人才有機會以相對低的成本獲得籌碼入場，這才是一個健康的生態擴張過程。而PoS中由於質押者並沒有什麼運行成本，也不需要面對太多競爭，質押者出塊得到coin後不需要急著賣出，更容易哄抬價格，其實會變相激勵場內老人剝削新入場者，不給後來人更多機會；整個系統會趨向於更封閉，逐漸演變成一個有限游戲，長期運行下去只會越來越中心化；系統中財富越來越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實現去中心化(Decentralization)。

由於PoW系統中是以提供工作量的方式產出區塊的，隨著時間的推移這些工作量都會被累積起來並使鏈不斷向前延伸，這也是為什麼叫區塊鏈；這些累積的工作量也給攻擊者造成了巨大障礙，如果想要反轉整條鏈，不僅需要非常高的算力，還需要相當長的時間，這也為應對攻擊提供了足夠長的時間緩沖。

而PoS系統其實只是維護一個分布式賬本，並沒有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉整條鏈就是相當容易的，幾分鍾就可以搞定。

嚴格來說由PoW算力支撐的BTC不應歸為高科技類，由於它整個系統架構更保守更穩定，提供的更多的是一種物化價值(objectivecostliness)，更能作為價值之錨，所以數字黃金這個稱號很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級後為PoS）這些更接近科技類創新平台，PoS本質上更像是一種股權系統，其實PoS系統反而是需要中心化，偏向更依靠整個社區的生命力，需要依靠核心團隊的創新與開拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩定與提供物化價值(objectivecostliness)。

區塊鏈作為一個價值分配系統，算力是它的價值之錨，如果沒有算力，就會退化為一個股權系統。算力在哪，資金就會跟去哪。目前的發展趨勢也是逐漸往多層網路的方向發展，類似TCP/IP的多層協議棧。從作為基礎層(BaseLayer)的角度看，更需要的是長期穩定與提供價值支撐，因此PoW系統更合適；而PoS可能更多的是可以作為Layer2以實現可擴展性(Scalability)，彌補PoW基礎層的吞吐量不足，並通過錨定在PoW基礎層上來獲取算力安全性與價值支撐。

最後順帶說下最近市場行情，5,6月份以來的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數一度長時間停留在個位數；其實我覺得也沒必要那麼恐慌，要在這個圈子長期活下去，面對這種大波動的心理預期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經常提到一個詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬次打磨後留下來的細小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恆的一種堅持，有種經常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺。這個和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價值的東西就應該具有這種品質，PoW系統肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈後經歷過的各種事件，其實像這樣的大波動近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國內的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市場轉熊，每次經歷大波動後，市場都會淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風險，對整個行業發展也是好事。眼光還是應該放遠一點，至少看5到10年後的變化，科技發展過程中所帶來的波動和風險是不可避免的，日光之下無新鮮事，每次科技革命過程中總會夾雜著眾多的反對、質疑，還有眾多的投機、騙局；這個過程也總是通過各種暴雷、回歸，清除泡沫後價值重估，夯實了基礎後積蓄能量再次進入躍升到新的發展階段。價值互聯網的到來是一件無法迴避的事情，當理解和看清了這種趨勢後，規避掉各種坑和市場噪音，遠離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產，時間本身就會帶來回報。

在公鏈項目早期，為什麼PoW是一個更好選擇？

在傳統的互聯網公司或金融機構中，如果一家公司，在一年之內，被委託的交易結算的總量為萬億美元的話，這家公司要麼擁有可靠的技術和雄厚的資本，要麼就是其它大公司及政府為其信用來做背書。而比特幣卻在沒有政府或公司背書的情況下，在過去一年內支持了相當於一萬億美元的交易。這是因為比特幣的工作量證明（PoW）機制確保了全世界的比特幣礦工以點對點的方式去分布式地維護賬本，且保證了其正確性和不可篡改性。

實際上，PoW?協議並不完美，它在運行過程中需要消耗大量的能量來計算哈希函數的結果，以保護區塊鏈系統不被攻擊。很多人認為這是一種「無用的能源消耗」。為了避免這種消耗，股權證明協議(PoS)便作為替代方案被提出。包括以太坊在內的幾個著名的項目也開始探索股權證明協議(PoS)，?甚至有人認為，PoS協議在未來將完全取代PoW協議。

但是，在對PoS?協議進行了深入的技術剖析之後，我們會發現：在一個公鏈項目的早期階段，PoS?協議會帶來很多問題，而這些問題在PoW協議下是可以避免。首先，使用PoS協議啟動主網的公鏈項目，會不可避免地存在共識中心化的問題，因為主網上線的時候股權分布往往是相對集中的。此外，純?PoS?協議還面臨著遠程攻擊(LongRangeattack)的威脅。最嚴重的遠程攻擊會導致新加入的節點必須信任一些中心化的網站給出的信息，而這會導致?PoS?公鏈成為一個本質上中心化的網路。去使用PoW協議啟動主網的區塊鏈則可以實現分散的共識，從而避免這些問題。當PoW公鏈經過一段時間的發展，股權分布相對分散以後，還可以選擇PoW/PoS復合機制。

除此之外，還有一點值得注意的是，很多人誤以為比特幣的擴容問題是PoW機制的局限性造成的。我們經常在媒體網站或白皮書中看到這樣的句子，「比特幣因為使用了PoW機制，所以只能處理每秒3-7筆交易」。而事實上，經過適當的設計，例如，GHOST,Conflux?這樣的PoW演算法可以顯著提高出塊效率，達到每秒處理數千筆交易，且每筆交易都能得到全網節點的驗證。

PoWv.s.PoS：如何確定投票權

關於PoW和PoS之間的主要區別，就是在於如何確定區塊鏈共識中的投票權。?在PoW中，系統中的投票權與節點的計算能力成正比。每秒可以計算哈希函數次數越多，節點就越有可能贏得區塊鏈中下一個區塊的出塊權。而在PoS中，系統的投票權與持有的股權比例成正比。節點擁有資金越多，能為確定的下一個區塊投的票數就越多。

在公鏈早期階段，股權中心化將導致共識中心化

對於一個公有鏈來說，其上線初期往往是股權最集中的時候。在主網上線伊始，創始塊中分配的幣絕大多數屬於項目方和私募投資人，而這些人的數量往往非常有限。對於PoW共識機制，初始股權的集中不會帶來安全性問題，因為它的出塊和安全性不依賴於股權持有的分散，而是依賴於算力的分散。對於使用反?ASIC?礦機的挖礦演算法的公有鏈來說，任何人只要擁有顯卡和網路就可以成為礦工，這有助於促進更多人參與挖礦，實現早期算力的分散。只要超過50%的算力來自於誠實的礦工，區塊鏈中的交易就是安全不可逆轉的。

然而，在PoS共識機制下，股權集中會導致共識協議的參與者集中。區塊鏈的出塊權只能由少數在創世塊中擁有股權的玩家決定。如果這些人合謀對區塊鏈進行攻擊，則完全可以成功的實現雙花攻擊(Doublespendingattack).?盡管開發者和投資人出於利益考慮不會進行這樣的攻擊來摧毀他們自己的公鏈，但PoS公鏈也無可避免的在主網上線後就被這些人壟斷和支配。更糟的是，如果出塊可以獲得大量獎勵和交易費用，這些壟斷者就會將大量股權牢牢控制在自己的手裡，使得PoS公鏈成為一個本質上由巨頭控制的網路。

我們不要忘了，區塊鏈的核心價值是什麼？是去中心化的共識協議，保證了區塊鏈系統中每筆交易的正確性、不可篡改性。如果共識協議無法保證參與者的分散，區塊鏈就無法做到無需信任的安全性，那麼區塊鏈和傳統的分布式系統相比就沒有任何優勢了，甚至傳統的分布式系統能做得更經濟更高效。因此，公鏈項目在早期使用PoW,?是避免共識中心化，保護區塊鏈核心價值的明智選擇。

「長程攻擊」與「主觀依賴」問題

在一個公有鏈中，一個攻擊者如果擁有當下足夠多的算力或股權，無疑是可以打破公有鏈安全性完成攻擊的。但是在PoS?公鏈中，如果攻擊者獲得了一些賬戶的私鑰，這些私鑰在歷史上某一時刻控制了超過51%的股權，也可以完成攻擊，這種攻擊的方式被稱為長程攻擊（LongRangeAttack）。

在長程攻擊中，攻擊者首先獲得一些私鑰，只要這些私鑰在歷史上曾經獲得了足夠多的股權，便可以從這一時刻開始分叉進行51%?攻擊，製造一條分叉鏈出來。而?PoS?的出塊不需要進行工作量證明，攻擊者可以短時間內讓重寫歷史的分叉鏈追趕上原本的主鏈，從而造成PoS鏈的分叉和防篡改性被打破。

攻擊者能夠取得這些私鑰不是天方夜譚。如果PoS公鏈的早期投資人在二級市場將持有的代幣賣掉後，將賬戶私鑰賣給攻擊者，攻擊者就可以從創世塊進行長鏈攻擊，從而可以打破一個鏈的安全性。如果一些投資者追求短期收益而非價值投資，攻擊者從他們手裡獲得私鑰就成為了一個可能的事情。

而為了應對長程攻擊，則有各種各樣的解決方案被提出：例如使用密鑰演化演算法更新密鑰，以避免密鑰被盜。但是如果早期投資者一開始就決定通過出售私鑰獲利，那麼他完全可以保留密鑰種子以繞開這一限制。還有一些解決方案基於這樣一個事實：如果攻擊者挖了一條完全不同的鏈，長期在系統中運行的節點或許有能力探測出這種異常。但是，這些方案依然存在如下問題：

PoS?長程攻擊造成的分叉與?PoW?的分叉有所不同。PoW?的分叉鏈難以獲得比特幣全網算力，比特幣礦工很容易從總算力中辨別誰是真正的比特幣。鑒於PoS共識協議在實際運行時，絕大多數股權持有者只是區塊鏈的使用者，並不會一直運行一台伺服器。攻擊者只要在一個歷史節點擁有了相當與PoS實際參與者的股權比例，就可以製造出一條難以辨別的分叉鏈出來。配合女巫攻擊（SybilAttack），攻擊者可以從區塊歷史和節點數量上都獲得和被攻擊主鏈接近的水平，令新加入的節點無法區分，只能通過人工指定的方式選擇。這樣新參與者必須咨詢受信任節點來安全地加入系統，這一問題被稱為「主觀依賴」（WeakSubjectivity）

無利害攻擊

無利害攻擊（NothingatStake）是另一種PoS攻擊方式。當一個?PoS?鏈因為網路延遲、長程攻擊或其他原因出現分叉時，PoS?礦工可以選擇在兩個分叉的鏈上同時出塊，以獲取最大收益。而這違反了共識協議。

在PoW?鏈中，如果一個礦工想同時在多個分叉上挖礦，就必須將自己的算力分散在多個分叉上，所有分叉上分配的算力總和不會超過礦工擁有的總算力。對於多數礦工而言，將自己的全部算力投入到協議指定的鏈上是最優的選擇。

然而，在PoS?多個分叉上同時出塊所帶來的額外成本可以忽略不計，而選擇同時出塊可以保證無論哪一條分叉鏈最終勝出都可獲得收益。如果礦工遵守共識協議，只在協議指定的鏈上挖礦。一旦這個鏈被丟棄，礦工將會失去挖礦獎勵。只追求挖礦收益最大化的礦工會在兩邊同時參與，不惜因此打破協議——這會導致鏈長時間維持分叉的狀態。

與長程攻擊不同，精巧的激勵機制設計可以避免這一攻擊。但無利害攻擊依然表明讓PoS鏈正確地運行是一件很困難的事情。

總結

雖然PoS?具有節省能源等優勢，從而很多項目表示將採用PoS。但我們在分析區塊鏈安全性假設後發現，避免了計算「無用的哈希」之後會引入很多攻擊情形，而且目前沒有很完美的解決方案。誠然PoS有能源效率的優勢，但也帶來了很多安全性威脅。在PoS很好地解決這些威脅之前，PoW消耗的能源，就像和平時期國家軍隊用掉的軍費一樣，阻擋了很多潛在的威脅。最重要的是，其中許多威脅在區塊鏈項目早期顯得尤其致命。這也是我們為什麼相信新的公鏈項目應該從PoW開始。

POW&POS，傻傻分不清楚的共識機制

什麼是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什麼要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統中不得不了解的「拜占庭將軍問題」了。

拜占庭將軍問題（TheByzantineGeneralsProblem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題並不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰國時期就發明了「虎符」這個神奇的方式來保障命令的正確執行。

在分布系數系統中，各個節點就是「拜占庭將軍」，演算法執行中的任意一個錯誤就是「叛徒」。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統有效地、正確地運行，便應運而生了各種「共識機制」。

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下面，我們就來一起學習數字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明ProofofWork

PoW是比特幣所採用的共識機制，最早是由AdamBack為了解決垃圾郵件的問題而開發的一個「哈希現金Hashcash」程序。

比特幣採用的是SHA256的單向函數，其具體的工作原理實在太專業，我們只需要理解到「SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數；技術上而言，任何新增區塊都需要經過232394億運算才能得到」的程度，感興趣的小夥伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網節點就認可了他所付出的成本，承認新的區塊獎勵屬於他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上並沒有任何科學或實際用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節點來控制網路。

雖然在2009年時為了構建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網路，沒有更好的選擇；但是發展到如今，已經有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權益證明。

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PoS，權益證明ProofofStake

主要思想是：節點記賬權的獲得難度與節點持有的權益成反比，也就是說，一個節點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據每個節點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數的速度。

什麼是幣齡呢？

幣齡=數量*擁有天數。

由於區塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那裡收到10個幣，並且持有了90天，那麼，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

後來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了「利息」的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產生創世幣；

在創世幣達到一定規模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產生區塊的優先權，並獲取利息，同時PoW機制由於消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是採用PoW的機制，不過正在轉向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似於董事會投票；燃燒證明POB；沉澱證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以網路或知乎一下~

區塊鏈共識機制之一：POW工作量證明機制

區塊鏈可以理解為一個不可篡改的公共賬本，所有參與者都能驗證交易並進行記賬，即為分布式賬本。那到底由誰來記賬？又如何保證賬本的一致性、准確性呢？也就是區塊鏈的共識機制是如何的？

區塊鏈的共識機制就是解決由誰來記賬（構造區塊），以及如何維護區塊鏈的一致性問題。目前區塊鏈項目採用的共識機制有多種，如：POW工作量證明機制，POS權益證明機制，DPOS股份授權證明機制等等。本文說明POW工作量證明機制。

區塊鏈的第一個成功應用比特幣系統採用的POW工作量證明機制。即以比特幣系統為例說明POW機制，首先比特幣系統有一套激勵機制讓所有參與者競爭記賬的權利，即誰擁有記賬權誰將獲取構造新區塊的比特幣獎勵（目前獎勵為12.5比特幣），同時獲取新區塊內所有交易的手續費作為獎勵。

參與者如何競爭記賬權利呢？參與者通過自己的算力計算一道數學難題，誰先計算的結果，誰就擁有了記賬的權利，也就可獲得構造新區塊的獎勵。這道數學難題就是尋找一個隨機數Nonce，使得對區塊頭的哈希計算的結果小於目標值，Nonce本身是區塊頭中的一個欄位，所以通過不斷的嘗試Nonce的值，以滿足區塊頭的哈希計算結果小於目標值。通過動態調整目標值，即可調整計算的Nonce值的難度。

關於哈希計算Nonce的過程通常類比為擲篩子游戲，基於參與游戲的篩子的個數通過調整擲得篩子的點數可調整游戲的難度。例如：100個人參與擲篩子，總共有100個篩子，要求擲得點數為100為贏，則100個人誰先擲得點數100即為勝利者，即擁有了記賬權。如果發現大家擲出100點的時間太快，則可增加難度，要求擲得點數為80為贏。如果又有100個人參與游戲，則游戲中增加了篩子數，如：篩子數增加為200個，同樣通過設置擲得點數來調整游戲的難度。

篩子類似於比特幣網路的算力，擲得點數類似於比特幣網路可動態調整的目標值。

區塊鏈以最長的鏈條視為正確的鏈條，如果存在同時出現兩個區塊，會暫時並行記錄兩個區塊，後續再生成的區塊基於其中的某一個

『陸』 什麼是區塊鏈共識機制

什麼是共識機制？

共識機制，簡單說就是在一個時間段內對事物的前後順序達成共識的一種演算法。

在區塊鏈上，共識機制就像一個國家的法律，維系著區塊鏈世界的正常運轉。在區塊鏈上，每個人都會有一份記錄鏈上所有交易的賬本，鏈上產生一筆新的交易時，每個人接收到這個信息的時間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時發布一些錯誤的信息，這時就需要一個人把所有人接收到的信息進行驗證，最後公布最正確的信息。

目前，常用的共識機制有三種：

1、工作量證明機制(ProofofWork-PoW)是我們最熟知的一種共識機制。就如字面的解釋，PoW就是工作越多，收益越大。這里的工作就是猜數字，誰能最快的猜出這個唯一的數字，誰就能做信息公示人。

2、權益證明機制(ProofofStake-PoS)也屬於一種共識證明，它類似股權憑證和投票系統，因此也叫「股權證明演算法」。由持有最多（token）的人來公示最終信息。

3、拜占庭共識演算法（-PBFT）也是一種常見的共識證明。它與之前兩種都不相同，PBFT以計算為基礎，也沒有代幣獎勵。由鏈上所有人參與投票，少於（N-1）/3個節點反對時就獲得公示信息的權利。

區塊鏈的四種共識機制

區塊鏈的共識機制可以分為以下四類:權益證明機制、工作量證明機制、Pool驗證和池股份授權證明機制。

區塊鏈，就是一個又一個區塊組成的鏈條。每一個區塊中保存了一定的信息，它們按照各自產生的時間順序連接成鏈條。這個鏈條被保存在所有的伺服器中，只要整個系統中有一台伺服器可以工作，整條區塊鏈就是安全的。這些伺服器在區塊鏈系統中被稱為節點，它們為整個區塊鏈系統提供存儲空間和算力支持。

區塊鏈的共識機制

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。北京木奇移動技術有限公司，專業的區塊鏈外包開發公司，歡迎洽談合作。下面我們將一下區塊鏈的幾種共識機制，希望對大家了解區塊鏈基礎技術有幫助。

因為區塊鏈技術的發展，大家對共識機制這個詞也不再陌生，隨著技術發展，各種創新的共識機制也在發展。

POW工作量證明

比特幣就是使用PoW工作量證明機制，到後來的以太坊都是PoW的共識機制。Pow相當於算出很難的數學難題，就是計算出新區塊的hash值，而且計算的難度會每一段時間就會調整。PoW雖然是大家比較認可的共識機制,計算會消耗大量的能源,還有可能會污染環境。

POS權益證明

通過持有Token的數量和時長來決定獲得記賬權的機率。相比POW，POS避免了挖礦造成大量的資源浪費，縮短了各個節點之間達成共識的時間，網路環境好的話可實現毫秒級，對節點性能要求低。

但POS的缺點同樣明顯，持有Token多的節點更有機會獲得記賬權，這將導致「馬太效應」，富者越富，破壞了區塊鏈的去中心化。

DPOS權益證明

DPOS委託權益證明與POS原理相同，其主要區別在於，DPOS的Token持有者可以投票選舉代理人作為超級節點，負責在網路上生產區塊並維護共識規則。如果這些節點未能履行職責，將投票選出新的節點。同樣的弊端也是傾向於中心化。

POA權威證明

POA節點之間無需進行通信即可達成共識，因此效率極高。並且它也能很好地對抗算力攻擊，安全性較高。但是POA需要一個集中的權威節點來驗證身份，這就意味著它會損害區塊鏈的去中心化，這也是在去中心化和提高效率之間的妥協。

五分鍾了解共識機制

五分鍾了解共識機制

什麼是共識機制？

「共識機制是區塊鏈的靈魂。」這是業內經常能聽到的一句話，共識機制在區塊鏈中的地位可想而知。那麼到底什麼是共識機制呢？我們不妨從拜占庭將軍問題說起。

拜占庭位於如今的土耳其的伊斯坦布爾，是東羅馬帝國的首都。由於當時拜占庭羅馬帝國國土遼闊，為了防禦目的，每個軍隊都分隔很遠，將軍與將軍之間只能靠信差傳消息。在戰爭的時候，拜占庭軍隊內所有將軍和副官必須達成一致的共識，決定是否有贏的機會才去攻打敵人的陣營。但是，在軍隊內有可能存有叛徒和敵軍的間諜，左右將軍們的決定又擾亂整體軍隊的秩序。在進行共識時，結果並不代表大多數人的意見。這時候，在已知有成員謀反的情況下，其餘忠誠的將軍在不受叛徒的影響下如何達成一致的協議，拜占庭問題就此形成。

拜占庭將軍問題是一個協議問題，拜占庭帝國軍隊的將軍們必須全體一致的決定是否攻擊某一支敵軍。問題是這些將軍在地理上是分隔開來的，並且將軍中存在叛徒。叛徒可以任意行動以達到以下目標：欺騙某些將軍採取進攻行動；促成一個不是所有將軍都同意的決定，如當將軍們不希望進攻時促成進攻行動；或者迷惑某些將軍，使他們無法做出決定。如果叛徒達到了這些目的之一，則任何攻擊行動的結果都是註定要失敗的，只有完全達成一致的努力才能獲得勝利。

而這個問題該如何解決？中本聰的理念給出了一個比較好的答案：不能讓所有人都有資格發信息，而是給發信息設置了一個條件：「工作量」，將軍們同時做一道計算題，誰先算完，誰才能獲得給其他小國發信息的資格。而其他小國在收到信息後，必須採用加密技術進行簽字蓋戳，以確認身份。然後再繼續做題，做對題的再繼續發消息……對這種先後順序達成共識的演算法，就是共識機制。

共識機制的作用

區塊鏈作為一種按時間順序存儲數據的數據結構，可支持不同的共識機制。在區塊鏈上，每個人都會有一份記錄鏈上所有交易的賬本，鏈上產生一筆新的交易時，每個人接收到這個信息的時間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時發布一些錯誤的信息，這時就需要一個人把所有人接收到的信息進行驗證，最後公布最正確的信息。

共識機制是區塊鏈技術的重要組件。它就像一本法典，維系著區塊鏈世界的正常運轉，使得區塊鏈技術自帶改善世界的光芒，也是讓區塊鏈得以被全世界逐步接受和認可的最大幕後功臣，它讓互聯網、陌生人之間，在沒有第三方作為信用背書的情況下發生的一切交易變成可能，它賦予了機械的代碼以人性和溫度。

共識機制的類別

目前的共識機制主要有POW、POS、DPOS、PBFT、dBFT、Pool驗證池。

POW，就是人們熟悉的比特幣挖礦，通過計算出一個滿足規則的隨機數，即獲得本次記賬權，發出本輪需要記錄的數據，全網其它節點驗證後一起存儲。可實現完全去中心化，節點自由進出。乾的越多，收的越多。

POS，權益證明，POW的一種升級共識機制，根據每個節點所佔代幣的比例和時間，以此等比例的挖礦難度，從而加快找隨機數的速度。持有越多，獲得越多

DPOS，股份授權證明機制，類似於董事會投票，持幣者投出一定數量的節點，代理他們進行驗證和記賬。

PBFT，，實用拜占庭容錯演算法，是一種狀態機副本復制演算法，即服務作為狀態機進行建模，狀態機在分布式系統的不同節點進行副本復制，每個狀態機的副本都保存了服務的狀態，同時也實現了服務的操作。

dBFT，delegatedBFT授權拜占庭容錯演算法，由權益來選出記賬人，然後記賬人之間通過拜占庭容錯演算法來達成共識。

Pool驗證池，基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。

現有共識機制存在問題

目前現有的共識機制都不算完美，在一些實際應用場景弊端很多。

A、計算能力浪費

在工作量證明機制POW中，猜數字最快的通常是電腦計算能力強的。超強的計算能級僅用來猜數字，實在是浪費。

B、權益向頂層集中

在權益證明機制POS中，token的余額越多的人獲得公示信息的概率越高，公示人會得到一定的token作為獎勵，如此持有token多的人會越來越多，少的人越來越少。

C、作惡成本低下

在靠算力與權益的的多少來獲得公示信息的權利的模式當中，當算力和權益向少數人集中之後，這些少數人如果想要做一些違反規則的事情是輕而易舉的；在PBFT中，由所有人投票，如果一個沒有任何token余額的人想要搗亂，那他幾乎是完全沒有利益損失。

D、對於真正的去中心化構成威脅

在工作量證明機制中，計算能力越強，獲得記錄權利的概率就越高。如果有人把很多人集中在一起來猜數字，把好多電腦的算力加在一起來用，那這些抱團的人就會更容易獲得公示信息的權利，發展到最後可能公示權就直接掌握在這些人手裡。

在權益證明機制POS中，權益越大的人獲得記錄權利的概率越高，而記錄的人就會有獎勵token，這樣一來這些人就會越來越富有，貧富差距就會越來越大。持有token少的人幾乎都沒有話語權了。權利掌握在少數人手中，這有違區塊鏈去中心化理念。