在 PoS 中，总体奖励（以及验证者的收入）将非常低；在 eth2 中，我们预计验证者每年的奖励等于 ETH 总供应量的〜0.5-2％。网络中验证者质押的币总量越多，收益率就越低。因此，可能要花上一个多世纪的时间才会出现币的集中性程度翻倍，而在这样的时间尺度上，其他方面的压力（比如人们想要花钱，或者将钱分配给慈善机构或给自己的孩子等）可能会占主导地位。

原文标题：《Why Proof of Stake (Nov 2020)》
撰文：Vitalik Buterin
编译：Unitimes_David

与 PoW 相比，PoS 是一种更为卓越的区块链安全机制，有三个关键原因。

01. PoS 以相同的成本提供更高的安全性

最简单的方法是将 PoS 和 PoW 从这个方面进行比较，即对于每天每 1 美元的区块奖励，攻击网络的成本是多少。

基于 GPU 的 PoW

你可以廉价地租用 GPU，因此攻击网络的成本仅仅是租用足够的 GPU 算力以赶超现有矿工的成本。对于每 1 美元的区块奖励，现有的矿工应该会花费接近 1 美元的成本（如果他们的成本支出更高，矿工将因无利可图而退出，而如果他们的成本更低，新矿工会加入并获得高额回报）。 因此，对于每 1 美元的区块奖励，攻击者在攻击网络时只需要在短时间内花费超过 1 美元，且仅需要几个小时。

攻击总成本：〜0.26 美元（假设攻击时长为 6 小时），由于攻击者可以获得区块奖励，因此攻击成本能降低为零。

基于 ASIC 的 PoW

ASIC 设备是一项资本成本：你购买一次 ASIC 设备，就可以预期它在大约 2 年内会有用，直到它磨损和 / 或被更新更好的硬件淘汰。如果一条区块链受到 51％ 的攻击，社区可能会通过更改 PoW 算法做出响应，而你的 ASIC 将失去其价值。

平均而言，挖矿成本包括约 1/3 的持续性成本和约 2/3 的资本成本（信息来源请参见此处）。 因此，每天每 1 美元的区块奖励，矿工将在电力和维护方面每天花费约 0.33 美元，在 ASIC 方面每天的成本约 0.67 美元。假设一台 ASIC 设备可以使用 2 年左右，那么矿工在一台 ASIC 硬件上就需要花费 486.67 美元的成本。

攻击总成本：486.67 美元（ASIC）+ 0.08 美元（电力+维护）= 486.75 美元

话虽如此，值得注意的是，虽然 ASIC 提供这种更高的安全级别，付出的代价却是很高的挖矿中心化，因为入场的障碍会变得非常高。

权益证明

权益证明 (PoS) 几乎全部是资本成本 (质押的币)，唯一的运营成本就是运行节点的成本。那么，为了获取 1 美元 / 每天的奖励，人们愿意质押多少资金呢？与 ASIC 设备不同，质押的币不会贬值，当你想要结束质押时，你可以在一个短暂的资金提取延迟之后将币取回。因此，PoS 的参与者应该愿意为相同数量的奖励支付更高的资本成本。

我们假设大约 15％ 的回报率足以激励人们参与 PoS 质押 (这是 eth2 的预期回报率)，那么 1 美元 / 每天的奖励吸引的质押资金的价值，将相当于 6.667 年的质押收益，也即 2433 美元。

PoS 节点的硬件和电力成本很小；一台价值一千美元的计算机可以用于质押数十万美元的存款，每月约 100 美元的电费和互联网就足够了。但是保守地讲，我们可以说这些持续性成本大约是参与质押的总成本的 10％，因此我们每天只有 0.90 美元的奖励最终用于应对资本成本，因此我们确实需要将上述数字减少 10％ 。

攻击总成本：0.90 美元 / 天* 6.667 年 = 2189 美元

从长远来看，随着 Staking 变得更高效，且人们逐渐满足于较低的回报率，预计攻击成本会更高。我个人预计这个数字 (攻击总成本) 最终会升至 10,000 美元左右。

请注意，获得这种高级别安全性的唯一「成本」只是给你带来了些许不便，即你参与 Staking 时无法随意移动你质押的币。甚至可能是这样的情况，即公众知道所有这些币都被锁定了，进而推动币的价值上升，而社区中随时准备用于进行生产性投资等目的的总金额 (即质押币的总量) 保持不变！ 而在 PoW 中，维持共识的「成本」是大量消耗真实的电力。

更高的安全性还是更低的成本？

值得注意的是，有两种方式可以利用这种在安全性成本方面实现的 5-20 倍的优势。一种是保持区块奖励不变，从增长的安全性中获益；另一种是大量减少区块奖励 (从而减少共识机制的「浪费」) 并使安全性级别保持不变。

两种方式都可以。我个人更喜欢后者，因为正如我们将在下文讲述的那样，在 PoS 中，即便是成功的网络攻击，其带来的损害也比在 PoW 中也小得多，并且更容易从攻击中恢复！

02. PoS 从攻击中恢复要容易得多

在 PoW 系统中，如果区块链受到 51％ 的攻击，你可以做什么呢？到目前为止，实践中唯一的应对措施是「等到攻击者感到无聊为止」。但这遗漏了一种称为「spawn camping attack」攻击的更为危险的攻击的可能性，在这种攻击中，攻击者一遍又一遍地攻击区块链，其明确目标是使链条变得无用。

在基于 GPU 的系统中，没有防御措施，一名持久的攻击者可能很容易使区块链永久性地无用。实际上，在最初的几天之后，随着矿工因为链受到攻击无法获得奖励而退出，攻击者的成本可能会变得很低。

在基于 ASIC 的系统中，社区可以响应第一次攻击，但是之后再次继续攻击将变得很容易。社区将通过分叉更改 PoW 算法来应对第一次攻击，从而「阻止」所有 ASIC (包括攻击者和诚实的矿工！)。 但是，如果攻击者愿意承担那笔最初的费用，那么在那之后情况又回到了 GPU 的情况 (因为没有足够的时间为新算法搭建和分布 ASIC 设备)，因此不可避免地是，攻击者此时将可以廉价地继续进行攻击。

但是在 PoS 情况下，情况要好得多。对于某些类型的 51％ 攻击 (尤其是 revert 已经被敲定地区块)，PoS 共识中有一个内置地「slashing」(罚没) 机制，通过该机制，攻击者的大部分质押金可以自动被销毁 (其它非攻击者地质押金不会受到影响)。

对于其他难以被监测到的攻击，社区可以协调进行一次由较少用户激活的软分叉（UASF），在该分叉中，攻击者的资金再次被大量销毁（在以太坊中， 这是通过「inactivity leak mechanism」机制完成的)。不需要采取「通过硬分叉来销毁币」；除了需要在 UASF 上进行协调以选择少数区块之外，其他所有操作都是自动化的，并且只需遵循协议规则即可执行。

因此，第一次攻击 PoS 区块链将使攻击者损失数百万美元，并且社区将在几天之内重新恢复。第二次攻击区块链仍然会花费攻击者数百万美元，因为他们将需要购买新的币来代替已经被销毁的币。 而第三次将……花费数百万美元。这场攻击游戏 (的成本和收益 ) 非常不对称，因此不受攻击者的青睐。

03. PoS 比 ASIC 更加去中心化

基于 GPU 的 PoW 在去中心化方面较为合理，因为获得 GPU 并不难。但是基于 GPU 的挖矿在很大程度上未能满足我们上面提到的「抵御攻击的安全性」标准。

另一方面，基于 ASIC 的挖矿需要数百万美元的资金才能入场（如果你从其他人那里购买 ASIC，大多数时候，ASIC 的制造公司将获得的利润将高得多）。

这也是对常见的「PoS 意味着富人变得更富」论点的正确回应：ASIC 挖矿也意味着富人变得更富，这场游戏更倾向于富人。至少在 PoS 中，所需的最低投资额 (质押门槛) 非常低，并且在许多普通人的承受范围内。

此外，PoS 更具有抗审查性。GPU 挖矿和 ASIC 挖矿都非常易于审查：它们需要大量的电力消耗、购买昂贵的硬件和使用大型仓库。另一方面，PoS 质押操作可以在不起眼的笔记本电脑甚至 VPN 上完成。

PoW 可能存在的优势

我发现 PoW 有两个主要的真正优势，尽管我认为这些优势相当有限。

01. PoS 更像是一个「封闭系统」，从长远来看会导致更高的财富集中

在 PoS 中，如果你持有币，你可以将币进行质押以获得更多的币。在 PoW 中，你也可是赚取更多的币，但你需要使用一些外部的资源来实现。因此，可以这么说，从长远来看，PoS 币的分布可能会变得越来越集中。

我认为对此观点的主要回应是，在 PoS 中，总体奖励（以及验证者的收入）将非常低；在 eth2 中，我们预计验证者每年的奖励等于 ETH 总供应量的〜0.5-2％。网络中验证者质押的币总量越多，收益率就越低。因此，可能要花上一个多世纪的时间才会出现币的集中性程度翻倍，而在这样的时间尺度上，其他方面的压力（比如人们想要花钱，或者将钱分配给慈善机构或给自己的孩子等）可能会占主导地位。

02. PoS 需要「弱主观性」，但 PoW 不需要

有关「弱主观性」概念的介绍，请参见 此处。本质上来说，某个节点首次上线，以及节点离线很长一段时间 (比如数月) 之后在任何后续时间再次上线，该节点必须找到某个第三方资源来确定正确的区块链链头。这个第三方可能是他的朋友，可能是交易所或者区块链浏览器网站，或者客户端开发者，或者许多其它参与者。PoW 不存在此要求。

但是，可以说这是一个非常弱的要求。实际上，在这种程度上用户已经需要信任客户端开发人员和 / 或「社区」。至少，用户需要信任某人（通常是客户端开发人员）来告诉他们协议是什么以及协议的任何更新。在任何软件应用中，这都是不可避免的。 因此，PoS 施加的边际附加信任要求仍然很低。

但是，即使上述这些 PoS 风险确实值得注意，在我看来，相比于 PoS 系统有着更高的效率以及更好的处理攻击并从攻击中恢复的能力，这些风险仍然是非常低的。

另请参阅我之前关于股权证明的文章。

Proof of Stake FAQ
A Proof of Stake Design Philosophy

来源链接：vitalik.ca