区块链网络需要解决几个问题才能有效运行。例如，在中间没有像银行或金融科技公司（例如 PayPal）这样的中央机构的情况下，去中心化的加密货币网络必须确保网络中的任何一方都不会多次花费相同的钱。此外，共识机制可防止网络因硬分叉而脱轨。
然而，在像银行这样的中心化组织中，决策者或监管者的董事会控制着这些活动。而加密是基于社区的，因此区块链必须达成共识以验证交易和区块。
工作量证明和股权证明是目前去中心化金融 (DeFi) 项目使用的两种主要共识机制，以加密方式获得加密货币网络的共识。当中本聪创建比特币（第一种加密货币）时，他们需要找到一种无需第三方参与即可验证交易的方法。为了实现这一目标，他们采用了一种称为工作量证明的共识机制，以允许网络就哪些交易有效达成一致。
相反，权益证明 (PoS) 是一种现代共识方法，可为新的 DeFi 项目和加密货币提供支持。一些项目立即从 PoS 开始，或者正在从 PoW 过渡到 PoS。然而，立即构建 PoS 共识网络是一个重大的技术问题，并不像使用 PoW 来获得网络共识那么简单。
什么是工作量证明？
工作量证明于 1993 年首次提出，以对抗网络上的垃圾邮件和拒绝服务攻击。2008 年，中本聪将 PoW 概念推广到验证比特币网络中的新区块。
PoW 是基于网络用户证明计算任务完成的能力。为了回答一个数学方程，需要使用一些被称为节点的计算能力，一旦方程被求解，链上的一个新块就会被验证。节点可以是任何物理设备，如个人计算机，可以在其他工具的网络内接收、发送或转发数据。
最快回答数学难题的求解器将在当前块和先前块之间创建加密链接，并获得一些新铸造的加密硬币。这个过程被称为挖掘，求解器被称为矿工。通过他们的共同努力，区块链对所有相关方都是安全的。此外，解决这个难题本身的计算任务称为工作量证明。
PoW 是如何运作的？
区块链是由一系列区块组成的系统，这些区块基于称为区块链排序的交易顺序按时间顺序排列。创世块或零块是 PoW 区块链中的第一个块，它被硬编码到软件中。根据定义，此块不引用前一个块。上传到区块链的后续区块总是引用先前的区块，并包含完整且更新的账本副本。
通过鼓励一些参与者或矿工花费计算资源来提交符合网络法规的合法区块的竞争性竞赛，PoW 算法选择谁可以用新条目修改分类账。分类帐跟踪所有交易并将它们组织成连续的块，这样用户就不用两次花费他们的资金。为避免篡改，分类帐是分布式的，允许其他用户快速拒绝更改的版本。
在实践中，用户使用哈希来识别篡改，哈希是作为工作量证明的长串数字。哈希函数是一种单向函数，这意味着它只能用于检查生成哈希的数据是否与原始数据匹配。
之后，节点验证交易，防止双花并决定是否应将提议的块添加到链中。用同一种货币进行两次付款以欺骗这些资金的接收者的行为被称为双重支出。双花会对网络造成严重破坏，并消除其最有价值的特征之一：不变性、去中心化和去信任。
工作量证明使双花变得非常困难，因为更改区块链的任何部分都将涉及重新挖掘所有后续区块。由于执行散列函数所需的机器和电源很昂贵，因此用户不可能垄断网络的处理能力。此外，为了达成共识并确保记录在区块链中的交易的合法性，PoW 协议将计算能力与密码学相结合。
矿工在哈希过程中竞相开发数学问题的正确答案以产生新块。矿工通过猜测散列来实现这一点，散列是一串伪随机数。加密散列（例如，SHA-256）是一种文本或数据文件的签名。对于文本，SHA-256 提供了几乎唯一的 256 位（32 字节）签名。
当与块中的数据结合并通过散列函数进行处理时，散列必须生成满足协议规定要求的结果。赢得哈希的矿工然后将其广播到网络，让其他矿工检查答案是否正确。如果答案正确，则将区块添加到区块链中，矿工获得区块奖励。例如，目前比特币挖矿的区块奖励是 6.25 比特币。
PoW 的优缺点
在 PoW 中，矿工必须支付大量的电费来解决复杂的数学难题并在网络上处理一个块。电力用于通过验证交易的过程（称为挖矿）为生成数字资产的机器供电。此外，能源支出对网络的安全性至关重要，因为它可以保持准确的交易记录并遵守特定的、可靠的货币政策。
此外，网络是安全的，因为欺诈链需要恶意行为者接管网络 51% 的计算能力。如果区块链在工作量证明系统中分叉，矿工必须选择是转移到较新的分叉区块链网络还是继续支持原始区块链。
为了支持两个区块链，矿工必须在分叉的两侧分配他们的计算资源。因此，通过经济激励，工作量证明系统自然会防止不断分叉，并敦促矿工选择不希望损害网络的一方。另一方面，如果你容易受到 51% 的攻击，或者如果你不是任何可互换散列算法的最重要代币持有者，则持有较大代币的个人可能会将他们的硬件转向你并带你出去，而你不能再获得奖励。
这些特征适用于博弈论，在博弈论中，矿工必须采取战略行动以优化其投资回报。人们，就像有限理性状态一样，总是会选择最简单的解决方案。转移到新的连锁店会使事情变得更加困难。因此，博弈论有助于寡头垄断企业避免内部腐败并做出合乎逻辑的决策。
尽管有上述优势，PoW 在资源使用方面可能非常昂贵且效率低下。矿工必须应付各种费用，包括很快就会磨损的最新设备。采矿往往会产生大量热量，并且可能会产生过高的电力，具体取决于矿工的位置。此外，当网络过载时，系统的交易费用会飙升。
什么是权益证明？
2011 年，Bitcointalk 论坛上提出了一种新方法，以解决 PoW 共识机制的低效率问题，并降低运行区块链网络所需的计算资源量。这个概念不是执行有形的工作，而是基于生态系统中可验证权益的存在。
换句话说，要验证加密网络上的交易，用户只需要证明他们拥有特定数量的区块链原生加密货币令牌。区块链网络用于实现分布式共识的这种共识机制称为权益证明共识机制。
例如，矿工 A 投入 30 个币，矿工 B 投入 50 个币，矿工 C 投入 75 个币，矿工 D 投入 15 个币。在这种情况下，矿工 C 将优先写入和验证以下块。与工作量证明中的区块奖励相反，矿工 C 将收取交易费用，即网络费用。
PoS 是如何工作的？
创世块是 PoS 区块链中的初始块，它也被硬编码到程序中。上传到区块链的后续区块总是引用先前的区块，并包含完整且更新的账本副本。在 PoS 网络中，矿工不竞争添加区块的权利。这些块通常被称为“铸造”或“伪造”，而不是被开采。
与 PoW 区块链不同，PoS 区块链不限制谁可以根据能源使用情况提出区块。尽管 PoW 区块链的能源需求很高，但权益证明等新颖的共识机制消除了挖矿的需要。
与工作量证明方案相比，权益证明系统有几个优点，包括更高的能源效率，因为采矿块不使用太多能源。此外，你不需要顶级技术来创建新块。权益证明导致网络具有更多节点。
网络中的更多节点有助于制定治理规范，从而对集中化提供更强的免疫力。在 PoS 系统中，这可以通过更高程度的硬件独立性来实现。因此，权益证明通常被视为最不可能导致网络中心化的共识算法。
想要被纳入向 PoS 区块链添加区块的过程中的用户必须在一个独特的合约中抵押或锁定特定数量的网络加密货币。他们被选为下一个区块生产者的几率取决于他们质押的加密资产数量。如果用户有恶意行为，他们可能会因为他们的行为而失去他们的权益。
PoS 可能包括其他并不总是使最富有的节点受益的决定因素，包括节点投入资金的时间长度，以及纯随机化。PoS 中的区块奖励是指区块链授予提交有效区块的人的网络费用，类似于 PoW 机制。
在 PoS 中，区块选择是基于币的所有权；因此，交易所提供质押服务，允许用户代表他们质押加密货币以换取更一致的奖励。多个利益相关者可以加入一个权益池来汇集他们的计算资源并最大限度地提高他们获得奖励的机会。换句话说，他们在新区块的验证和验证过程中集中他们的权益，以最大限度地提高他们获得区块奖励的机会。
PoS 的优缺点
PoS 已经解决了能源资源大量浪费的问题。此外，基于 PoS 的系统比基于 PoW 的系统更具可扩展性，并且交易的批准速度要快得多。可扩展性意味着系统通过更改系统参数或改变其共识机制，实现比特定当前系统更高的每秒事务数 (TPS)。
PoS 网络通过在构建块之前建立共识来实现可扩展性，这允许每秒处理数千个请求，延迟峰值不到毫秒。
另一方面，权益证明有其自身的一系列困难。例如，该网络仍然受到最重要的代币持有者的支配。这为早期采用者和最有钱的人提供了更多的权力。
当验证者在分叉的两边签字时，就会出现“无利害关系”的困境，这使他们有可能双花他们的硬币并收取双倍的交易费用作为回报。
工作量证明与权益证明
从前面的解释中可以明显看出，两种共识机制都有优点和缺点。它们都有与上面列出的相同的基本目标，但它们使用不同的方法来实现它。各种共识机制之间的关键区别在于它们如何委托和奖励交易验证。
什么时候应该使用 PoW 或 PoS？
共识机制对于区块链网络的分布式设计至关重要，因为它减少了负责验证交易的实体的集中化。为了保持区块链网络的不可变、去信任和分布式特性，需要一个功能齐全的共识机制。
所需的共识类型取决于网络的需求。例如，网络中的欺诈预防、安全和信任建立需要工作量证明。由于 PoW 提供的保护，矿工（或独立数据处理者）不会在交易上被误导。工作量证明是一种保护加密资产交易历史的方法，同时也增加了随着时间的推移更改数据的难度。
参与节点证明工作已完成并提交的要求使其有资格向区块链添加新交易，从而保护任何恶意活动。
如果网络上有大量区块链副本，PoW 有助于识别最合法的副本。最后，工作量证明对于构建分布式时钟至关重要，该时钟允许矿工自由进出网络，同时保持一致的运行率。
同样，网络性能和安全性是使用基于 PoS 的机制的重要后果。当每秒链上交易和实际网络转账结算需要高交易速度时，就会使用 PoS。此外，验证者可能拥有大量的网络代币，这在经济上激励他们保持链的安全。
然而，人们对 PoS 和 PoW 安全对抗威胁的实力存在一些怀疑。因此，创建了一种称为空间证明或（Chia 项目）的验证机制来安全地验证交易。Chia 使用空间证明和时间证明共识机制来解决一些困扰 PoW 和 PoS 区块链的中心化问题。
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