PoW VS PoS：誰擁有真實的開放性？誰能遠離熱力學的終局？

9 月 15 日，一個載入加密史冊的日子，以太坊合併，從POW 轉向 POS 機制，似乎宣告了一個時代的結束。

選 POW 還是 POS，這是一個問題？

特殊之日，深潮 TechFlow 帶大家回顧三篇經典文章，分別是原比特大陸創始人吳忌寒所著《算力之美》，以太坊創始人Vitalik 所著《為什麼選擇PoS？》（Why Proof of Stake？），以及橙皮書出品的《PoW和PoS大辯論：誰擁有真實的開放性？誰能遠離熱力學的終局？》

全文如下：

撰文：Nervos 首席架構師 Jan

A: POS大戶坐著獲得的資本利得，是小散無法逾越的鴻溝，且無法約束他的權利。

B: 這個問題是社會正常現象吧,有錢的人掙錢本身就是比平民容易,他投入這麼多錢收入卻比別人少,那才是不公平啊,現在是大家獲得的比例是一樣的,大戶投入的錢多,就是會獲得更多的回報

這是一個PoW和PoS討論中常見的對話。A提出了兩個問題，1. (公平性問題) PoS大戶坐著獲利，普通人沒有；2. (無法制約）PoS大戶的權利無法約束。B回答了1。

對於問題1, 我同意B的看法。投入多回報多是合理的，無論是pow還是pos都是這樣， 區塊鏈是幫助實現過程公平而不是結果公平的工具。在區塊鏈裡面我們依然會看到馬太效應。試圖用區塊鏈去解決結果公平的後果是區塊鏈治理的內涵無限擴大，將本該由協議解決的各種問題（後面會看到）統統推給投票去解決。

然而無論是歷史還是理論早就告訴我們，世界上並沒有完美的群體選擇制度。區塊鏈是一個能夠記錄數據，保證數據不被篡改，為所有人提供數據的工具，通過這樣一個工具幫助我們更好的實現過程公平，已經是非常非常大的進步了。

問題2是一個 在討論中被忽略的關鍵問題。投入資源換取回報天經地義，但前提是你想投入就能投入嗎？舉個例子，一個明星創業團隊融資，是不是任何vc想投就能投進去呢？PoW具有非常好的開放性，使得後來的共識參與者總是可以加入共識群體，而PoS不具有這樣的開放性。引用這裡的討論：

在PoS中，未來的共識群體是由今天的共識群體決定的。任何新的節點想要參與共識都需要通過至少一個交易來實現（e.g. 抵押，投票，etc.），而這個交易是否被處理是由今天的共識群體決定，他們可以處理這個交易，也可以不處理這個交易， 如果不處理這個交易，新的節點永遠都無法參與共識。
同時，“不處理交易”是容易偽裝而難於懲罰的行為，我還沒有看到能在共識協議中解決這個問題的方案。PoS往往是根據stake的權重來分配出塊比例（和節點數量沒關係），考慮到大部分系統中stake的集中程度，這是一個非常實際的問題。

PoW是徹底的Permissionless。無論什麼時候，只要你願意，都可以買礦機和電力加入出塊者的行列，不需要今天的礦工給你任何形式的許可。你也許會說，我還是需要購買礦機和電力呀，這是不是一種形式的許可呢？
是的，從更低一層來說，這也是一種許可。但遺憾的是，在所有的Proof of XXX中，這已經是最去中心化的許可形式了，畢竟礦機生產和電力資源的去中心化程度遠高於各種 tokens (的分散程度)。我們總是應該追求儘可能的去中心化，否則用回中心化系統就好了。

”是否能夠投入”本身可以看作一種option，有非常高的價值。PoW能有這樣的性質，是因為工作量證明的計算是一種不依賴歷史的計算， 無論你在任何時間點購買算力加入計算，你都和其他礦工在同一個起跑線上, 這是一個非常獨特的、反直覺的性質，正是這個性質使得後來者總是能打破了早期參與者的優勢。

PoS不同，因為stake是系統中內生的資產，資產的所有權是由系統歷史決定的，交易順序是由系統歷史決定的，因此無論是需要抵押token加入的pos，還是隻需要持有token就可以參與的pos，其validator集合都是這個系統自身的歷史決定，PoS和PoW在”參與共識是否需要依賴歷史“上是截然不同的。我們很容易能看出，這是一個本質不同，無論什麼樣的上層設計都解決不了這一點。

因此PoW和PoS的設計，從根本上是兩種不同的思路，體現兩種不同的理念：

1. (PoS) 系統應該讓先發者獲得天然的優勢

2. (PoW) 系統不應該讓先發者獲得天然的優勢

注意主語是“系統”，共識參與者在系統外的優勢不是任何協議設計可以解決的。如果你認為1是對的，自然應該支持PoS，反之你應該會更贊同PoW。CKB在設計中選擇PoW，是因為CKB的設計目標是Layer1，一個全世界共用的基礎設施，我們希望它可以長久而且中立的運行，要做到這一點，系統不應該讓先發者（包括系統設計者自己）獲得天然的優勢。

A: pos買幣staking不就是投入了嗎

確實是投入，但是這裡的“投入獲得回報”中的”回報”已經變了。對於投入獲得的回報我們需要分開來看，一種回報是token收益，最近的pos基本都支持delegate, 所以基本上所有人都有這個option. 另一種是參與共識的權利，根據上面的回答，它可以被現有的validator壟斷，大部分人沒有option。權利有很多種，分紅只是其中一種，而且不是關鍵的那一種。

那麼共識的權利為什麼重要，它有什麼用呢？它意味著你可以對交易排序，而交易排序決定了鏈上眾籌時你的交易能不能及時上鍊，在DEX裡面交易時你的訂單能不能及時成交，等等等等。在PoS的系統上做DeFi？你需要認真考慮一下validator本身是做什麼的，是否和你的發送的交易有利益相關？

我們知道，DeFi的交易很可能是價值含量非常高的交易，e.g. DEX裡面一個巨大的買單，這時候validator如果安排一個插隊的交易怎麼辦？僅僅是交易順序的不同就可以造成巨大的獲利，何況共識節點能做的遠大於此？

聰明的你一定會想到：“那PoW的礦工/礦池不是一樣有這樣的問題嗎？” 沒錯，PoW的礦工一樣有這樣的權利，但PoW有兩個優點可以削弱這個問題：

1、出塊節點和生態中的關鍵用戶是解耦的。生態中的關鍵用戶，指的是交易所、錢包等圍繞區塊鏈提供服務的服務商，它們為大量的用戶提供優質的服務，聚集了大量的用戶和交易。

在PoS中，由於擁有大量用戶和交易，stake會自然的往生態中的關鍵用戶集中，形成天然的stake pool，因此關鍵用戶在業務上的優勢可以轉化成在共識和治理上的優勢（在某些鏈裡面已經體現的非常明顯了），使得先行者的優勢更加強化。

在PoW中，礦工群體和交易所/錢包是獨立的，他們有不同的專業分工，通過不同的專業知識，不同的方式獲取回報，關鍵用戶不能將自己的業務優勢轉化為協議中的優勢，礦工也沒辦法將自己在協議中的優勢轉化為上層業務的優勢。在PoW中，開發者、用戶和共識節點之間可以形成制衡。

2、PoW的共識是開放的（見上文），充滿了激烈的競爭。也許一個礦池/礦工可以在短時間內做到這一點，但由於新的礦工總是可以自由加入，想要長久的做到這一點是非常困難的，激烈競爭將會造就一個越來越公平的充分競爭的市場，這需要時間(30年？maybe)。

反過來，在PoS中，由於天然的先行者的優勢，以及業務優勢和共識優勢的綁定，先行者的優勢只會越來越大，競爭將逐漸消失，最後形成壟斷或寡頭。在基礎設施級的協議裡面，我們應該儘可能的去避免壟斷。

區塊鏈本身是一個大的排隊機，決定排序的權利是這個系統中最關鍵的權利。

A: (Bitcoin) 一小時51攻擊的成本區區44.3萬美金…

A想要表達的是，Bitcoin並不安全，因為只要44.3萬美金就能攻擊它了，然後PoS的token是有限的，沒有攻擊者可以從市場上購買到足夠多的stake來攻擊。

這個觀點忽略了一個問題：在某一時刻，地球上的算力同樣是有上限的。如果一條PoW的鏈只有10%的SHA256算力，這樣算是沒有問題的。但是如果比特幣已經集中了90%（估計值）的SHA256算力，你從哪裡去獲得另外90%的SHA256算力呢？量變會引起質變，算力地位的變化會影響安全性。

不安全的不是PoW，是沒有獲得足夠算力的PoW鏈。使用PoW的區塊鏈都會遇到比使用PoS的區塊鏈更大的起步問題，然而正是這樣真實而殘酷的考驗才能證明區塊鏈的安全。不然，我也跑一條PoS鏈，99%的token都歸我自己，1%在市場上想炒多高炒多高，安全性豈不是分分鐘超過Bitcoin? Bitcoin已經運行10年了，上面承載的價值這麼多，為什麼攻擊沒發生呢？相反，某些鏈運行了不到一年，上面存了價值區區幾十萬元的智能合約被偷了無數次… 理論需要不斷用事實修正，當理論和事實不符的時候，一定是理論錯了。

同樣是有上限，在PoW鏈中參與共識所需要的資源上限是隨著時間變化的，由科技的進步、人類的進取心和激烈的競爭不斷推動前進，所需要的自然資源的獲取是完全去中心化的；而PoS鏈中所需要的資源上限是協議規定好的，增發的token全部進入現有validator的手中，再通過validator在市場上的售賣或是staking pool的分紅分發出去，會不會有些似曾相識？

A: 這兩者抽象到最後都是資本，pow是以資本開支和opex計算資本成本；pos是以抵押物市場價值計算機會成本。這兩種成本都是不可逆的

我不贊同這種邏輯，忽略中間過程直接捅到本質恰好忽略了關鍵。過程是關鍵，過程會產生摩擦，過程會產生損耗。即使都是資本，資本的流動性和產生壟斷的速度也是有差異的，協議是否能從壟斷中回覆也是有差異的，見前文。

A: 我不覺得PoS的持幣者會一直不賣
A: 過度集中 誰會給生態貢獻
A: 如果籌碼90%在你手裡 這個生態也就做不下去
A: 對你來說 高度集中持幣是沒有價值的
A: 你都壟斷90% 代幣，沒有人給你交租

壟斷也是可以建立生態的，騰訊、蘋果都是例子。無論是歷史還是經濟學原理還是<從0到1>都很清楚的告訴我們，壟斷才能獲取暴利。

同時，壟斷存在不代表 你知道有壟斷存在 。token是世界上最具有流動性的資本，即使我擁有90%的token，我也會把它分散投入到100個staking pool裡面去，而不會集中在一個staking pool裡面。壟斷者不會喜歡跳出來說“hey，我壟斷了這個系統！”。

A: 潛在作惡壟斷者會因為短期利益賣出token
A: 作惡就是為了短期利益
A: 即，潛在謀求短期利益壟斷者會因為短期利益賣出token
B: 頭部抵押者都被看的很清楚，解抵押了，或者提幣去交易所了，本身會導致價格下跌，他還沒砸呢，就已經反映了
A: 我也是這個意思，壟斷者不作惡不也是安全的麼[壞笑]

這裡混淆了壟斷和作惡的概念。作惡指的是顯式的攻擊，例如雙花一筆交易，作惡是可以被觀察到的，系統或者生態也可以作出相應的反制。 壟斷是隱式的 ，壟斷者不需要也不會攻擊這個系統，但是它依然可以利用自己的共識權利獲得更多的利益，正如前文說的，只要能操控交易排序，你就能操控一切。 

操控交易排序是無法被發現的 。在PoS系統中，操控交易排序也意味著操控未來的validator集合，意味著壟斷地位可以輕易的維持，這是根據系統歷史來保證系統安全的必然結果，這一點在PoW中是不存在的。

我們現在還沒有找到一個方法可以在所有時間排除一切壟斷的可能，但是PoW至少給了我們一個更長的時間維度上使得壟斷難以存在的設計，我覺得這一點對於Layer1至關重要。

A: 第一點，pos鏈後來者為什麼不能參與？買幣比買礦機門檻低多了，pos裡面長期存在壟斷者這個結論我是不認同的，沒有經濟規模效應；2 攻擊pos的成本比較，收購stake只是一方面，還有reputation系統，pos裡面節點是非常在意自己reputation的，這個成本對節點是巨大的。

第一點問題中，壟斷的問題上面已經有回答。關於門檻問題，我認為這是很多人甚至包括協議設計者常常犯的錯誤。區塊鏈的首要目標是安全和去中心化，而門檻以至於一切易用性問題都不是區塊鏈的目標。

在區塊鏈協議裡面討論門檻問題就像是在說“你讓普通人怎麼去構造TCP請求包“一樣，將不同層次的目標混為一談。要降低門檻，提高易用性，我們可以在上層做很多工作，做錢包，做雲挖礦，設計各種金融產品，為什麼要在區塊鏈協議裡面考慮門檻的事情呢？

Nervos追求分層的協議架構，也是因為看到了易用性問題和安全問題必須分開考慮，易用性/門檻和安全從本質上就存在矛盾，強行扭在一起只會讓我們一無所獲。未來區塊鏈協議的直接參與者一定是專業用戶，這些專業用戶通過搭建（可信的）服務、降低使用門檻、提供易用性來獲取生態中普通用戶的支持和收益。

第二點，reputation是一個無法量化，區塊鏈協議也無法判斷的東西。將區塊鏈的安全寄託在reputation上，只會讓區塊鏈走回現有信任體系的老路。同時reputation還有 無法轉讓 的特點，基於一個無法轉讓的 事物建立安全模型，會不會又有些似曾相識？

A: 其實這裡面有很多隱含的假設，如果一個pos鏈出現你說的一個cartel控制1/3的token，社區是可以通過應分叉fork out cartel；我不覺得一個pow鏈被51%算力控制的鏈，也面臨同樣嚴重的問題；另外我覺得節點隱藏最後長時間形成多數控制這種可能性是不大的；

將協議中解決不了的問題推給鏈外治理（注意在cartel控制1/3 stake並且產生足夠大的威脅以至於社區想要fork的時候，鏈上治理已經沒有用了）和硬分叉，確實可以解決一切問題，但這應該是一種成本極大的最後手段，不應該成為隨便使用的工具，區塊鏈的協議應該儘可能的避免陷入這個場景。

使用鏈外治理和硬分叉等價於承認協議的不足，需要人來接手了。我贊同一個區塊鏈生態最終是需要人來治理的，但是我認為人介入的頻率越低越好，如果不追求這一點，為什麼還需要區塊鏈呢？只有降低人參與的頻率，協作的自動化成本才能降低，協作所需要的信任基礎才能減小。

“節點隱藏最後長時間形成多數控制這種可能性是不大的”——只要時間足夠長，無論多小概率的時間都會發生。金融市場的黑天鵝告訴過我們無數次了，願我們的記憶不只是7秒。

A: xxx的籌碼在不斷分散
A: xxx 的錢包地址從ICO 1000多個，不到一個月上萬個

根據top 100的地址或者top 20 staking pool的分散程度是無法證明token是分散的。道理很簡單，我們談論的都是無需許可(permissionless)的系統，地址代表的只是一個公私鑰對而已，不代表一個身份。產生地址幾乎是零成本的，存有stake的地址數量無法代表持有這些stake的是不同的用戶。不要混淆地址和用戶。

在PoS中，validator集合中的validator數目是無關緊要的，並不能代表stake分散。如前文所說，如果你有99%的stake，你應該把它們分散到100個甚至1000個validator上去。

PoW中同樣會有算力集中在大礦工手中的問題，但是由於PoW的開放性以及系統沒有給後來者製造劣勢（見上文），這樣的集中只會是暫時的，算力將在激烈的競爭中不停的從一個人手中轉移到另一個人手中。PoW讚美競爭，PoW是一個開放的系統，只有開放的系統才可能遠離熱力學的終局，保持長久的生機。

PoS有其價值，也有其問題，因此無法適用所有場景。Layer 1的區塊鏈協議必須使用PoW，只有使用PoW的Layer 1才能解決我們希望解決的問題，實現我們希望的未來。

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