解读 | 第一章:PoS整体介绍

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导读:

文章会从区块链共识说起,从2008年比特币PoW开始至今,目前百花齐放的共识有哪些,接下来会告诉你这个系列的主轴Proof of Stake(权益证明机制)是什么?提出PoS者对这个共识的描述,以及以太坊创始人V神的看法,以太坊可是在白皮书最初就决定未来会转型PoS, 最后以图表及数据呈现PoS的未来趋势,欢迎大家与我们一起学习这个系列,以后看到相关知识点就可以和别人侃侃而谈了。

第一章 PoS介绍

1.1. 什么是区块链共识

区块链是由一个一个块链接形成了块链条,每个新块生成(包含交易记录)都需要参与验证人的共同确认,这个共同确认的过程就是区块链共识。区块链从2009年发展到现在,已经演变出多种共识,不同共识以不同方法解决了运行中出现的攻击,作弊,延时,一致性,最终确定性等等问题。

截至2018年,主流的共识算法包括PoW(Proof of Work工作量证明),PoS(Proof of Stake 股权证明机制),BFT (拜占庭容错机制),混合共识等,还有一些从主流基础上演变出来的共识算法,诸如PoA(Proof of Authorization授权证明机制),PoI(Proof of Importance重要性证明机制),DPoS (Delegate Proof of Stake股权证明机制),PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance使用拜占庭容错算法)等等,百家争鸣,百花齐放。

其中,主流算法里面,PoS应该是当前主流里面的主角。PoS在PoW的基础上发展而来,更受到当今区块链共识世界里面的推崇。在2014-2017年期间,基于PoS共识打造的区块链逐渐增多,就连市值长期保持第二的以太坊也计划从PoW转到PoS。2019年,这些基于PoS的公有链会上线主网,届时我们将看到新一代PoS公链站到舞台中央,让人们审视。

此章节,我们会对PoS共识算法的起源和发展,做一个简要的总览。

 

1.2. 什么是PoS-股权证明机制共识

 

PoS(Proof of Stake)——股权证明机制,一种主流的区块链共识算法,目的是为了让区块链里的分布式节点达成共识,它往往和PoW(Proof of Work)——工作量证明机制一起出现,两种都被认为是区块链共识算法里面的主流算法之一。

PoW于2009年诞生并应用于比特币,PoS于2011年提出,2012年首个应用该算法的币种Peercoin诞生。PoS作为后来者,在共识层面借鉴很多PoW的设计,如区块设计,矿工选择,分叉处理,交易验证等,很多对共识的改进和区块链底层有很大的关系,PoS做了大量的改进设置,以满足基于股权证明的机制,可以说是取其精华去其糟粕。

关于PoS的定义,维基百科对其的定义是:一种旨在使加密货币区块链网络达成分布式共识的算法


Proof of stake (PoS) is a type of algorithm by which a cryptocurrency blockchain network aims to achieve distributed consensus.


记载中,最早在2011年PoS的提出者,对PoS是这样描述的:


我在想,如果比特币被更广泛的应用,那么一种基于PoW系统证明的交易,有可能会被基于PoS系统的证明所替代。我的意思是,PoS——股权证明机制,就是以你可以用私钥证明的比特币数量为权重,来代替你给比特币网络带来的算力权重,给交易历史“投票”来证明。


I'm wondering if as bitcoins become more widely distributed, whether a transition from a proof of work based system to a proof of stake one might happen.  What I mean by proof of stake is that instead of your "vote" on the accepted transaction history being weighted by the share of computing resources you bring to the network, it's weighted by the number of bitcoins you can prove you own, using your private keys.


以太坊创始人Vitalik Burtain 也是PoS的提倡者,他在《Casper the Friendly Finality Gadget》博客中对PoS的定义是:


在一个PoS系统中,区块链的新区块生成是通过该系统中的持币人,或者是一个有影响力的持币机构参与达成的。这比PoW的挖矿具有更高的效率,不需要高性能的硬件,也不需要花费电力。


In a PoS system, a blockchain appends and agrees on new blocks through a process where anyone who holds coins inside of the system can participate, and the influence an agent has is proportional to the number of coins (or ‘stake’) it holds. This is a vastly more efficient alternative to PoW‘mining’ and enables blockchains to operate without mining’s high hardware and electricity costs.


基于以上的定义,我们对PoS应该有了一个大致的了解:它是一种算法,通过持币人的同意来达成共识,目的是确定出新区块,这过程相对于PoW,不需要硬件和电力,且效率更高。

PoS共识中引入了Stake的概念,持币人将代币进行Staking,然后获得出块的机会,PoS共识中会通过选举算法,按照持币量比例,选出区块的矿工。矿工在指定高度完成打包交易,生成新区块,并广播区块,广播的区块经过PoS共识中另外一道“门槛”,验证人验证交易,通过验证后,区块得到确认。这样一轮PoS的共识过程就进行完成了。

分布式网络中有很多个节点,这节点就是上述讲到的Stake,PoS共识所保证的就是,系统足够安全,不会被外人所破坏,并独立稳定的运行下去。这其中需要考虑的问题非常的多,这些问题会我会在后面的章节中和大家讲明白。

 

1.3. PoS共识的趋势

 

目前在Top50市值的币种里面(2018-12-20,来源https://coinmarketcap.com/coins/),应用PoS,类PoS和PoS混合共识(包含PoS,但不包含PoW)的种类总共有16种,占总量32%;应用PoW和PoW混合共识(包含PoW,也可以包含PoS)的种类总共有22种,占总量40%,PoW+PoS混合共识的种类总共有3种,占比6%。

前50市值的币种中,很多都是从比特币时代发展起来的,所以我们看到目前占比更多的还是基于PoW共识的币种,但这其中包含了很多功能类似的分叉币种,如对BTC的分叉就多达5种,比特现金Bitcoin cash,比特愿景Bitcoin SV,比特黄金Bitcoin Gold等,还有ETH上的分叉;还有针对以太坊的以太坊Ethereum和以太坊经典Ethereum Classic(并且分叉还有可能持续发生)。如果把重复币种去除,PoS和PoW的占比就会比较接近了。

图1 市值Top50币种的共识分类

2017年是ICO(Initial Coin Offering 首次币发行)元年,也是大量公有链爆发出来的元年。共有876种币种进行ICO,总共募资余额62亿美元。

其中募资额Top20当中,基于PoS共识的币种有6种,占比30%;基于PoW共识的只有1种,占比5%。其中Tezos为2017年PoS募集之最,总募资额约为2.3亿美元。PoW和PoS总量占比都在减少,这和当时大量项目以ETH平台创建有关系。

总体上看,趋势比较明显,在未来10年中,PoW会趋向减少,PoS在趋向增多。

图2 2017年ICO 募资情况 (数据来源于ICODATA)

2018年,由于整体加密数字通证进入熊市,很多ICO项目没有得到很好的融资,加上公有链项目赛道已经比较拥挤,项目方融不到钱,所以自然关注度降低了很多。但是,这其中也有新的PoS项目涌现,如图灵奖得主Sivio Micali的Algorand,就是基于PoS共识的项目。下面图3可以看到2018年的融资情况。

图3 2018年ICO 募资情况 (数据来源于ICODATA)

期待我们的下一篇文章吧


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