雖然比特幣 (Bitcoin) 的交易歷史記錄使用工作量證明 （Proof-of-Work，PoW）機制得到非常安全的保障，但同時它消耗大量的電力，並且同一時間可以處理的交易數量是有限的。因此，出現了一種能新的能源消耗量較低的方法，那就是權益證明（Proof-of-Stake，PoS）共識機制。
權益證明 PoS 為什麼會成為主流 挖礦為什麼會逐漸淘汰 雖然比特幣 (Bitcoin) 的交易歷史記錄使用工作量證明 （Proof-of-Work，PoW）機制得到非常安全的保障，但同時它消耗大量的電力，並且同一時間可以處理的交易數量是有限的。因此，出現了一種能新的能源消耗量較低的方法，那就是權益證明（Proof-of-Stake，PoS）共識機制。這種共識機制使計算機網絡能夠在保持安全的同時進行協作。這篇文章會讓你了解他們是如何運作和兩者之間的區別。
工作量證明 Proof-of-Work（PoW）
工作量證明（PoW）簡單來說就是所謂的「挖礦」。這個概念於 1993 年首次提出，以對抗網絡上的垃圾郵件和拒絕服務攻擊。 2008 年，比特幣的創始人，中本聰將 PoW 概念推廣到驗證比特幣網絡中的區塊鏈。
PoW 是基於網絡用戶證明計算任務完成的能力。為了解答一個數學方程式，我們需要使用一些被稱為節點的計算能力，一旦這個方程式被解答，鏈上的一個新區塊就會被驗證。節點可以是任何物理設備，如個人電腦，只要是可以通過網絡發送或轉發數據的任何工具都可以被當做是節點。
最快解答數學方程式的解答者將在當前的區塊和先前的塊之間創建一個加密鏈接，並獲得一些新的加密硬幣。這個過程被稱為「挖掘」，求解答者則被稱為「礦工」。通過他們的共同努力，區塊鏈對所有相關的單位都是保持安全的。所以，解決這個數學問題的計算任務就被稱為工作量證明（PoW）。
PoW 如何運作？
區塊鍊是由一系列區塊組成的系統，它們按照交易順序進行時間順序的排列，這被稱為區塊鏈排序。創世塊或零塊是 PoW 區塊鏈中的第一個塊，它被硬編碼編寫到軟件中。意義上指的是，這個區塊沒有前一個區塊。後來上傳到區塊鏈的區塊都是基於先前的區塊，並包含完整且最新的賬本副本。
通過鼓勵礦工參與花費計算資源的競爭，以此來提交符合這個網絡法規的合法區塊，PoW 機制將選擇誰可以用新條目來修改賬本。賬本能夠追蹤到所有交易並將它們組織成連續的塊，這樣用戶就不能重複花費他們的資金。為避免篡改，賬本是分佈式的，允許其他用戶快速地拒絕更改的版本。
實際使用中，用戶使用哈希（Hash）的算法來識別賬目的篡改，哈希是一個作為工作證明的長串數字。哈希函數是一種單向函數，代表說它只能用於檢查生成哈希的數據是否與原始數據匹配。 再然後，通過節點來驗證交易，防止重複花費並決定是否應將上交的區塊添加到鏈中。用同一種貨幣進行兩次付款以欺騙資金的接收者的行為被稱為雙重支付（double-spending）。雙重支付會對這個網絡造成嚴重破壞，並消滅了加密貨幣最有價值的特徵，也就是不變性和去中心化。
PoW 使雙重支付變得非常困難，因為更改區塊鏈的任何部分都將涉及到重新挖掘的所有後續區塊。由於執行 Hash 函數所需的機器和電源很昂貴，所以用戶沒有辦法掌握整個網絡的處理能力。除此之外，為了達成共識並確保記錄在區塊鏈中的交易是合法的，PoW 協議將計算能力與密碼學相結合。
礦工們互相競爭以解答所謂的數學方程式，以此來產生新的區塊。礦工通過猜測的方式來實現這個目的，Hash 是一串偽隨機數。加密 Hash 函數比如 SHA-256 是一種文本或數據文件的簽名。文本中，SHA-256 提供了幾乎獨一無二的 256 位（32 字節）簽名。
當與區塊中的數據結合併通過 Hash 函數進行處理時，Hash 必須生成滿足協議規定要求的結果。成功解答Hash 的礦工會將答案散播到網絡中，讓其他礦工檢查答案是否正確。如果答案正確，就會將區塊添加到區塊鏈中，礦工因此獲得區塊獎勵。例如，目前比特幣挖礦的區塊獎勵是 6.25 個比特幣。
PoW 的好與壞
在 PoW 中，礦工必須支付大量的電費來解決複雜的數學難題並在網絡上處理一個區塊。通過驗證交易的過程或是我們所謂的挖礦，電力用於生成數字資產的機器供電。此外，能源支出對網絡的安全性至關重要，因為它可以保持準確的交易記錄並遵守特定的和可靠的貨幣政策。
不僅如此，網絡可以一直維持安全，因為牽涉欺詐的鏈需要為惡意行為者承擔網絡 51% 的計算能力。如果區塊鏈在 PoW 系統中出現分叉，礦工必須選擇轉移到新的分叉區塊鍊網絡或是繼續支持原有的區塊鏈。
為了支持這兩個區塊鏈，礦工必須在分叉的兩側分配他們的計算資源。因此，通過獎勵機制，PoW 系統會自然地防止不斷分叉，並督促礦工選擇不損害網絡的方案。除此之外，如果你經常受到 51% 的攻擊，或者如果你不是任何可互換 Hash 算法的主要代幣持有者，那麼持有較多代幣的用戶可能會針對你並把你踢出去，而你就不能再獲得獎勵。
這些特徵適用於博弈論（Game theory），在博弈論中，礦工必須採取戰略行動以優化其投資回報。人總是會選擇最簡單的解決方案。轉移到新的區塊鏈會使這件事情變得更加困難。因此，博弈論有助於寡頭壟斷（Oligopoly）避免內部腐敗以做出合乎邏輯的決策。
儘管有這些好處，PoW 在資源使用方面還是非常昂貴，而且效率很低。礦工必須支付各種費用，包括很快就會損耗的新設備。再加上採礦往往會產生大量熱量，並且可能會產生過高的電力，具體取決於礦工的位置。此外，當網絡過載時，系統的交易費用也會飆升。
權益證明 Proof-of-Stake（PoS）？
2011 年，Bitcointalk 論壇上提出了一種新概念，以解決 PoW 共識機制的低效率問題，並降低運行區塊鍊網絡所需的計算資源。 這個概念不是執行有形的工作，而是基於生態系統中可驗證權益的存在。
換句話說，要驗證加密網絡上的交易，用戶只需要證明他們擁有特定數量的區塊鏈原生加密貨幣代幣。 區塊鍊網絡用於實現分佈式共識的這種共識機制就被稱為權益證明（PoS）共識機制。
例如，礦工 A 投入 30 個幣，礦工 B 投入 50 個幣，礦工 C 投入 75 個幣，礦工 D 投入 15 個幣。 在這種情況下，投入最多幣的礦工 C 將優先寫入和驗證這個區塊。 與 PoW 中的區塊獎勵不同的是，礦工 C 將會獲取交易費用，也就是網絡費用。
PoS 如何運作？
創世塊是 PoS 區塊鏈中的初始塊，它也同樣被硬編碼到程序中。之後上傳到區塊鏈的區塊都是是引用先前的區塊，並包含完整且最新的賬本副本。在 PoS 網絡中，礦工不需要通過競爭來得到添加區塊的權利。這些塊通常被稱為「鑄造」，而不是被開採。
與 PoW 區塊鏈不同的是，PoS 區塊鏈不限制誰可以根據能源使用情況提交區塊。儘管 PoW 區塊鏈的能源需求很高，但 PoS 新穎的共識機制消除了挖礦的需要。與 PoW 機制相比，PoS 系統有幾個優點，包括更高的能源效率，因為它不使用太多的能源。此外，你也不需要頂級的技術來創建新區塊。PoS 讓這個網絡具有更多的節點。
網絡中的更多節點有助於製定治理規範，從而對中心化提供更強的免疫力。在 PoS 系統中，這也可以通過更高等級的硬件來獨立地實現。因此，PoS 通常被視為最不可能導致網絡中心化的共識算法。
想要加入 PoS 區塊鏈添加區塊的行列，用戶必須在一個獨特的合約中抵押或鎖定特定數量的加密貨幣。他們被選為下一個區塊生產者的機率取決於他們質押的加密資產數量。如果用戶有惡意行為，他們也可能會因為他們的惡意行為而失去他們的權益。
PoS 包括一些並不只是使最富有的節點受益的因素，包括節點投入資金的時間長度，以及單純的隨機化。 PoS 中的區塊獎勵等同於區塊鏈給予提交有效區塊的人的網絡費用，這個類似於 PoW 機制。
在 PoS 中，區塊選擇是基於幣的擁有權。因此，交易所提供質押服務，允許用戶代表他們質押加密貨幣以換取更一致的獎勵。多個用戶可以加入同一個權益池來匯集他們的計算資源，並最大限度地提高他們獲得獎勵的機會。換句話說，他們在新區塊的驗證和驗證過程中集中他們的資源，以最大化他們獲得區塊獎勵的機會。
PoS 的好與壞
PoS 已經解決了能源資源大量浪費的問題。此外，基於 PoS 的系統比基於 PoW 的系統更具可擴展性，並且交易的批准速度要快得多。可擴展性指的就是系統通過更改系統參數或改變其共識機制，實現比當前系統更高的每秒交易數 （transactions per second，TPS）。PoS 網絡通過在構建區塊之前建立共識來實現可擴展性，這允許每秒交易數達到千個請求，而且延遲峰值不到毫秒。
另一方面，PoS 也有其自身的一系列缺點。例如，該網絡仍然受到最主要的代幣持有者的支配。這為早期採用者和最有錢的人提供了更多的權力。由於這個概念仍然相對較新，它可能具有加密社區尚不明顯的缺點。與 PoW 不同，這種機制沒有性能記錄。再加上，系統不會自動阻止分叉。當區塊鏈分裂時，驗證者又將在新分叉的區塊鏈上收到相同的權益。當驗證者在分叉的兩邊簽字時，就會出現「無利害關係」的情況，這使他們有可能雙重支付他們的代幣，並收取雙倍的交易費用作為回報。
結語
從上面的文章中可以明顯看出，兩種共識機制各有優缺點。 它們都具有相同的基本目標，只是它們使用不同的方法來實現它。兩種共識機制之間的關鍵區別在於它們如何委託和獎勵交易驗證。如果網絡上有大量區塊鏈副本，PoW 有助於識別最合法的副本。同樣，網絡性能和安全性是使用基於 PoS 的機制的重要因素。當每秒鏈上交易和網絡轉賬結算需要高交易速度時，就會使用 PoS。了解了那麼多關於 PoW 和 PoS 的基礎知識和利與弊後，你又更傾向於哪一方呢？
