工作量证明与权益证明：有什么区别？

工作量证明和权益证明是共识机制或算法，允许区块链安全运行。这些共识机制只允许真正的用户添加新交易，从而确保区块链的安全。

他们的工作原理是让那些希望参与的人证明他们已经将某种资源（例如金钱或能源）奉献给了区块链。这有助于过滤掉那些可能不真诚或不忠诚于网络的人。工作量证明和权益证明之间的主要区别在于它们如何选择谁可以将交易添加到链中。

要闻速览：

• 工作量证明和权益证明是算法，也称为共识机制，可帮助区块链保持数据同步并保持安全。
• 这些算法确定网络中的哪个节点（计算机）可以将下一个交易块添加到链中。
• 事实证明，这两种机制在维护区块链方面都取得了成功，尽管它们各有优缺点。

什么是工作量证明？

工作量证明是一种计算机相互竞争以成为第一个解决复杂难题的系统。 

这个过程通常被称为采矿，因为完成拼图所需的能量和资源可以被认为是现实世界中从地球开采贵金属的过程的数字等价物。 

纳撒尼尔·波普尔 书, 数字黄金，用一个很好的类比来描述比特币系统中的工作量证明：

“……用一张纸和一支笔将 2,903 和 3,571 相乘相对容易，但要弄清楚哪两个数字相乘才能得到 10,366,613 就困难得多。”

使用这个类比，我们可以想象，比特币网络中的矿工必须通过猜测数字组合来找出哪两个数字相乘才能达到 10,366,613，直到得出正确答案。一旦计算机确定 2,903 可以与 3,571 相乘，得到 10,366,613，它会将其呈现给网络中的其他计算机，这些计算机可以轻松验证 2,903 和 3,571 相乘时实际上是否等于 10,366,613。 

当矿工先于其他矿工解决这个“难题”时，他们就可以创建一个新区块（一组交易）并将其广播到节点网络，然后节点网络将单独对现有分类账和新区块进行审计。如果一切检查无误，新区块将链接到前一个区块上，从而创建按时间顺序排列的交易链。然后，矿工因提供资源（能源）而获得比特币奖励。

工作量证明、挖矿和安全

挖矿需要大量电力，并通过确保只有那些能够证明自己已经消耗了资源的人才有权将一组新交易附加到区块链来保护网络。

因此，攻击像比特币这样的工作量证明系统是困难、耗时且昂贵的。攻击者需要购买和设置采矿设备并支付运行设备的电费。然后，他们将竞相解决这个难题，并尝试将包含伪造比特币的交易块添加到链中。

如果邪恶的矿工首先成功解决了这个难题，他们将尝试向网络的其他部分广播一个新的交易块。然后，网络节点将执行审核以确定区块及其中交易的合法性。

当节点根据之前版本的账本审核新区块时，他们会注意到伪造的比特币，并且根据共识规则，该区块将被视为无效。 

工作量证明使得伪造比特币成为不可能，除非邪恶的矿工控制了整个网络 50% 以上。这意味着矿工的累积计算能力（称为哈希率）和网络中的节点的 51%。这样，坏人就可以向网络广播坏块，并让他们的节点接受该块到链上。 

考虑到比特币网络的规模已经扩大，以及能源矿工对工作量证明系统的贡献有多大，这样的攻击在今天几乎是不可能的。 

如果政府、公司或其他实体收集足够的资源来成功组成超过 50% 的网络并意图对其进行攻击，那么该网络的真正参与者可能会创建一个新的链分支，也称为分叉，使得之前的链和针对它的攻击变得无用。

什么是权益证明？

在权益证明系统中，验证者（相当于矿工的权益证明）被选择根据其持有的代币数量来查找区块，而不是让矿工之间任意竞争来确定哪个节点可以添加一个区块。堵塞。 

在这个系统中，“权益”数量或用户持有的加密货币数量取代了矿工在工作量证明中所做的工作。这保证了网络的安全，因为希望参与并获得奖励的人必须购买加密货币并持有它才能被选择形成一个区块。 

参与者需要花钱并向网络投入一些财务资源，类似于矿工在工作量证明系统中必须消耗电力的方式。那些花钱购买硬币来获得这些奖励的人对网络的持续成功有着既得利益。 

权益证明通过与工作量证明本质上相同的机制来防止攻击和假币。权益证明系统的攻击者需要持有至少 51% 的代币供应量并控制至少 51% 的网络节点，而不是像工作量证明那样控制 51% 的挖矿算力和节点。

工作量证明和权益证明的优缺点

工作量证明专家解释

良性竞争与可再生能源

比特币挖矿领域的竞争非常激烈。矿业公司不断寻找最有效的采矿方法以降低成本。这个过程本质上是奖励那些能够找到最便宜的能源形式并提出更新的技术来创造更快、更高效的挖矿芯片的人。 

除了有利于加密货币挖矿之外，芯片制造商之间的竞争还可以带来计算机硬件的突破，这些突破可能会延续到加密货币挖矿之外的其他行业。

被困能量 

加密采矿允许地区利用其捕获的能源并将其转化为某种形式的价值，然后可以将其转移或用于资助其他项目，最终在偏远地区产生经济活动。

中国的四川省和云南省就是一个现实的例子。这些省份雨季频繁，可产生大量可再生水力发电。不幸的是，各省没有办法将这种能源运输和销售到其他地区。

各省最终开始开采比特币，以利用剩余能源并将其转换为某种形式的可交易价值。 2019年XNUMX月，中国 提供品牌战略规划 由于这些廉价的能源，超过 70% 的比特币算力都由这些电力提供。中国后来禁止加密货币挖矿，因为它试图创建法定数字货币。这 移动 迫使矿工大量外流到电力便宜的其他地区。因此， 哈萨克斯坦 成为与伊朗、美国并列的采矿热点。

安保行业

到目前为止，工作量证明是在分布式公共网络中维持共识和安全性的最行之有效的方法。这是因为工作量证明需要初始的硬件成本和持续的资源支出，而不是单一的前期费用来参与。

比特币于2009年推出，目前流通率已超过99.98% 正常运行时间。截至撰写本文时，仅发生过两次停机事件：一次发生在 2010 年 2013 月，另一次发生在 XNUMX 年 XNUMX 月。这两次事件均通过选择加入节点软件更新来解决——由于共识机制，网络参与者都决定这些更新符合集体网络的最大利益。

工作量证明的缺点解释

能源消耗

比特币和其他工作量证明区块链（例如以太坊）消耗大量能源来为其网络提供这种安全模型。比特币消耗的电量比 国家 如乌克兰、挪威等。环保主义者有 争论 这完全是浪费而且没有必要。 

反驳：虽然这些系统消耗大量能源，但许多批评者未能评估用于采矿的能源类型，而是将其高能源消耗等同于巨大的环境足迹。然而，研究表明，比特币矿工在运营中使用各种能源。一些估计表明可再生能源是主要使用形式，范围介于 50% 结束 70% 所使用的总功率。 

值得注意的是，其中许多研究仅报告希望参与调查的矿业公司和其他企业。

电子垃圾

电子垃圾可能是对比特币网络资源消耗最有效的批评。工作量证明矿工通常全天候 (24/7) 全速运行。有时，湿度、高温和通风不良等恶劣条件会影响采矿设施并缩短设备使用寿命。

最重要的是，ASIC 芯片制造商正在不断开发更新、更有效的芯片。当这种创新发生时，旧筹码在赢得区块方面的效率就低于新筹码。最终，旧芯片被淘汰并成为电子垃圾。 

反驳：当前 ASIC 挖矿芯片的使用寿命通常为三到五年。虽然新芯片最终会取代旧芯片，但它们的使用寿命可能会更长，因为它们变得更加高效、耐高温和长时间哈希。

可追溯分析仪

对加密货币挖矿的担忧之一是它可能容易受到审查。这种情况已经在中国等被禁止加密货币开采的地方发生过。巨大的功耗可以通过电量读数甚至热感摄像机来发现。这种追踪加密货币挖矿发生地点的能力使反加密货币政权能够打击这种做法。 

如果一个国家只允许那些获得某种类型许可证的人进行挖矿，那么它可能会因为不允许网络完全公开而破坏权力下放。

反驳：在中国之外，世界各国似乎都在某种程度上支持加密货币。一些国家可能会寻求监管采矿业，以便需要许可证。然而，只要偏远地区仍有矿工继续这种做法，就应该有助于防止垄断和审查。

权益证明专家解释

效率

权益证明系统比工作量证明系统更加节能。许多权益证明系统的硬件要求相当于当今市场上平均或低于平均水平的笔记本电脑。在大多数权益证明系统中，验证器软件的要求也不是很高。 

增加吞吐量

在权益证明中，选择验证者是根据他们持有的代币数量来寻找区块，而不是矿工之间为了解决难题而竞争。权益证明算法选择验证器所需的时间明显快于工作量证明竞争，从而提高了交易速度。

虽然这是事实，但所有区块链，无论它们是否是权益证明，在验证者向节点广播新发现的区块后，节点以民主方式达成共识的过程都会减慢速度。 

审查制度阻力

与需要大量能源和大量物理存在的工作证明不同，股权证明验证器可以在小型笔记本电脑上运行。这意味着可能有一个验证器控制着运行在咖啡店角落的全球分布式货币网络的三分之一，而不是一个装满了数千台嗡嗡作响的计算机的仓库。

降低进入门槛

权益证明验证者只需花钱一次即可参与。他们所需要做的就是购买足够的代币来赢得权益证明模型中的区块。相比之下，工作量证明系统中的矿工必须购买采矿设备并保持其无限期运行，从而产生可能波动的能源成本。这让更多原本无法参与的人参与其中。

权益证明的缺点解释 

未经大规模证实

目前还没有一个权益证明系统可以扩展到像比特币或以太坊这样的规模。因此，权益证明系统尚未像领先的工作量证明系统那样去中心化或安全。

反驳：虽然权益证明系统尚未达到像比特币这样的网络规模，但随着时间的推移，它们没有理由不能。考虑到进入门槛较低并且不需要专门的硬件来运行它们，权益证明系统可能有潜力超越工作量证明系统的能力。

硬币整合

仅在少数验证者之间整合代币是反对权益证明系统的最常见论点。权益证明的性质会激励硬币的积累，以增加赢得区块和获得奖励的机会。 

代币市场也可能被财力雄厚的实体垄断，从而使他们能够积累大部分代币。大多数权益证明系统允许单个实体创建任意数量的验证器，并且由于创建验证器的前期财务成本很少，因此控制大多数代币的人可以控制整个网络的大部分。

这使得权益证明币的初始分配变得极其重要。一些较新的股权证明代币在公开发行之前就向投资者出售代币。在某些情况下，这些代币销售占最大代币供应量的 40% 或更多，使风险投资公司和其他早期投资者在获得网络奖励方面比其他投资者具有相当大的优势。

反驳： 确实，股权证明主要根据其股权规模来选择区块创建者，但一些区块链已经开始实施方法来降低这种中心化风险。其中包括添加“币龄”，即持有股份的时间，以及算法的一定程度的随机化。这确保了权益大小不是决定区块形成的唯一因素，并且较小的验证者有机会获胜。 

一些区块链还使得超过一定代币阈值的验证者开始收到越来越少的奖励。这会激励权益持有者将其权益委托给较小的验证者，从而有助于将代币分散到更多的验证者中，从而提高去中心化性和安全性。

安全性较差

如上所述，降低网络参与者的进入门槛有助于增加验证者数量，进而有助于去中心化，但更容易成为网络的一部分也会降低其安全性。 

如果不良行为者试图攻击工作量证明网络，他们需要购买足够的硬件来代表网络的大部分，然后他们需要付费才能运行全部网络。设备初始成本和持续能源成本的双重安全系统使得攻击网络变得不太现实。权益证明系统只有初始参与成本，这使得它们更容易受到攻击。

比特币当前的哈希率接近每秒 200 亿万亿次哈希。比特大陆的顶级 ASIC 矿机 S19J，每秒可以进行 88 tera 哈希。按照这个标准，大约需要 1.2 万块这样的芯片才能构成比特币网络的一半。该 ASIC 目前的价格为每台 10,390 美元，这意味着需要花费大约 12.5 亿美元购买足够的矿机来构成比特币网络的一半，然后还要支付巨额费用来运行这些机器。 

相比之下，如果不法分子想要攻击权益证明链，以 Avalanche 为例，他们需要购买一半以上的代币（按当前价格大约 19 亿美元），并建立足够的验证器来弥补一半以上的代币。网络（Avalanche 当前验证器中有 630 个验证器 数）。由于权益证明验证器不一定需要昂贵的硬件或大量能源来运行，因此攻击者只需承担购买代币的前期成本，而不需要持续的能源成本。 

反驳： 攻击足够规模的权益证明网络的初始前期成本已经变得足够大，以至于没有持续成本的问题慢慢变得无关紧要。例如，按今天的价格计算，成为 Avalanche 的多数股权已经需要近 20 亿美元。这些区块链越受欢迎，权益证明网络代币的持有者越多，攻击它的难度就越大。 

常见问题 

什么是工作量证明？ 

工作量证明是一种保护区块链并帮助其维护准确信息（交易）的工具。它利用计算机之间的竞赛来看看谁能首先解决复杂的难题。然后，这场比赛的获胜者将被允许向链中添加新的交易块。这个难题需要花费大量的精力来解决，以确保参与者更有可能是真诚的。获胜者将获得比特币奖励。

什么是比特币矿工？ 

比特币矿工是参与解决工作量证明区块链难题的竞赛的计算机。他们在这个过程中消耗了大量的能量，当他们击败其他人解决这个难题时，他们会获得比特币奖励。之所以称为采矿，是因为所需的能源和资源可以被认为是现实世界中从地球上开采贵金属的过程的数字等价物。

什么是权益证明？

权益证明是一种保护区块链并帮助其维护准确信息的工具。它使用一种算法，根据持有的代币数量来选择谁可以将下一个交易块添加到链中。  

什么是权益证明中的验证者？

验证者相当于工作量证明中的矿工的权益证明。验证者是区块链网络中的节点，它们将其代币“质押”或质押到网络中。验证者根据持有的代币数量来选择创建新的交易块。其他不是验证者的代币持有者可以将其持有的代币委托给验证者，以获取验证者在被选择创建新交易块时获得的奖励份额。

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