POS:不用血拼到死,也能达成共识

ETH 汤强
  • 时间:
  • 浏览:

POS:不用血拼到死,也能达成共识

夏末麋鹿发情,鹿老大对天鸣叫,向附近的同类宣告它的地位。虽然正值壮年,但总有挑战者,老大必须接受挑战,以证明自己。

大家把角掏出来顶来顶去,突然鹿老大戳中挑战者的脖子,要了对方的命,同时也领到奖赏——和所有雌鹿交配的资格。

麋鹿间顶得你死我活,只为搞清一件事:哪只雄鹿最强,胜出者拿下基因传递权,因为这种基因最能让种群繁衍。

动物世界的角斗,映射到区块链世界,就是我们熟悉的共识算法:工作量证明(POW,戳此复习)

全世界比特币矿工血拼体力,系统把记账权交给第一个算出随机数的人,其他人空手而归,同时开启下一场争斗,每十分钟开一轮相扑大赛,无休无止。

POW是共识算法的鼻祖,守护比特币至今,但至少有三个被广为诟病的地方:

首先是浪费电

POS:不用血拼到死,也能达成共识

图1 比特币挖矿耗电量:一年翻三倍

挖比特币的耗电量已超过世界上的159个国家的国民用电(世界上一共也就195个主权国家),耗这些电的结果只是算出一个随机数,全世界的街坊领居都摇着头说不值。

第二是效率低,明明只有2000多笔交易,偏偏要10分钟才能记好。马云看后也摇头说我们家二宝每秒能抗20万笔交易,你这样有点磨叽了。

第三是不安全,一旦有人拥有超过一半的算力,理论上就可以按照他的意愿记账,系统永远存在被51%攻击的不确定性。

去中心化的初衷最后聚拢成中心化的算力隐患,确实是POW的尴尬。

POW是禽兽争霸,不讲道理,谁力气大记账权归谁。甚至可以只拿奖励不记账,比如,空区块攻击:

POS:不用血拼到死,也能达成共识

图2 空区块攻击实例

来源:https://blockchain.info/block-height/504830

你看,这名矿工连手续费都不要了,不打包任何交易,唯一一笔是比特币系统给他的挖块奖励,奖励他算出随机数(Nonce)。不仅野蛮,而且任性,但是全世界都拿他没办法。

于是,有人提出了一种改进的共识算法:POS。

一、什么是POS?

POS(Proof of Stake):权益证明。

和POW一样,POS也是达成节点间共识的算法,最终解决的是认哪一本账的问题。

果POW是野兽间的撕咬,POS则是文明人间的投票。

你用自己持有的数字货币投票,选出你认为对的区块,得票最多的区块最终上了链,如果你投了这个区块的票,就能按比例分享奖赏,这奖赏相当于比特币系统里的挖块奖励(Block Reward)。

权益证明的共识算法(POS)有两个关键点:

第一,没有矿工,只有交易验证者。

POW中的矿工要做三件事:验证交易、打包交易和算随机数,而POS中的验证者只做验证交易一件事。

第二,只有持币者才能验证交易。

1个币就是1张选票,大家各自选出自己认为正确的区块,所以不持币的人对于系统账务没有影响。

于是,我们能看出POS的两大优势:

第一,出块速度更快。因为全网不用费力算随机数,只专注验证账务,所以POS远快于POW。

第二,排除利益无关者(非持币者)对账务的干扰。总体来看,参与记账者的利益是一致的,大家都在为自己的利益维护整个系统的安全。

看起来一团和气,可POS难道就没有软肋么?你一定看出来了,我这么问就代表肯定有。

如果我把票投给恶意节点做的假区块,图谋这些区块上链,以抹去我支付给他人的交易。一旦发生这样的双重支付,那我会受到什么样的惩罚?

答案是没有惩罚,这是普通的POS的硬不起来的地方,即:没有利害关系(Nothing at Stake)。但用一样东西正在改进传统POS算法,它就是尾随比特币两三年的虚拟货币家族二宝:

二、以太坊

以太坊这名字乍听起来很奇怪,念着也拗口,据说来历是这样的:

声音的传播需要空气,涟漪的传播需要水,那能在真空里跑的光传播需要什么?物理学家给这种想象中的物质一个名字,叫“以太”——Ether[ 'iː θə ]

以太坊Ethereum[ i'θi: riəm ]由此得名,因为它致力于打造一个智能系统,让一切约定之事脱离人的控制、自动跑起来。

以太坊的招牌是智能合约,听着很高大上,其实就是把事务交给程序完成。看起来来也没什么特别,但关键在于价值能在这套程序里按约定规则传输,代表以太坊系统中价值的是Ether——以太币(ETH)。

能自动运行,能交换价值,于是,自然就有了去中心化自治公司(DAC Decentralized Autonomous Corporation)的概念——很难想象将来,几页代码就是一家公司,能够执行你所能想到的一切任务。

以太坊的创始人Vitalik Buterin,在熟练掌握俄语和英语之外,居然还能说中文。比他掌握语言数量还多的,是他的脸上的青春痘,这位1994年出生、智商180+、俄加双重国籍的程序员,国内粉丝尊其为V神。

POS:不用血拼到死,也能达成共识

图3 Vitalik Buterin 以太坊创始人

V神和我们一样也在年轻时关注了比特币,在家把白皮书嚼了三个月,所以以太坊最初的共识算法也是POW,但他难以忍受费电低效不安全,于是计划转向POS。

而转向POS面临的第一个难题就是把如何解决没有利害关系问题Nothing at Stake Issue)。如果不解决这个问题,恶意节点就可以毫无成本地攻击以太坊系统。

V神躺在床上想来想去,想起了小时候看过的动画片:

三、Casper

Casper上映于上世纪90年代,陪伴V神度过了童年,主角卡斯珀(Casper)是一个可以横穿一切墙体的透明小鬼。

POS:不用血拼到死,也能达成共识

图4 Casper 动画原型 中文译名《鬼马小精灵》

你可别光看见它的可爱,V神用它的名字命名了一段翻脸不认坏人的代码——如果谁作恶,比如验证了虚构的交易,这个小鬼会没收他全部的押注金额,而这项是比特币系统和普通POS算法所没有的功能。

Casper要求验证者至少押上1000个以太币,考虑到现在每个以太坊已价值1000美元,也就是说,验证交易的起步金额已经超过100万美元,很少有人愿意用这笔资金当玩笑,于是,它相对普通POS更安全。

V神在一次论坛上讲起这个起点额:

POS:不用血拼到死,也能达成共识

图5 Vitalic Buterin解释以太坊的POS共识算法

来源 https://www.youtube.com/watch?v=eqv2CxuW-Do

扯一句题外话:Youtube是个好东西,它能自动识别视频里的人话,然后打成字幕。如果不懂俄文也没有关系,你可以打开Google翻译,它会同声传译中文文字。虽然翻译得不是绝对准确,但由于你中文实力绝对强,很容易猜到八九不离十。

Casper本身是一个智能合约,它不在乎恶意验证者押多少保证金或算力,一旦坐实恶意的证据,马上剥光验证者所有的筹码。对于正确的验证者,会按POS算法给与正常的奖励。

从这个特性往下推,我们可以得出一个推论:没有验证者会同时下注两个矛盾的区块。双边下注不会左右逢源,因为有一边是错的,所以下场一定是被全部没收。

事实上,Casper在系统设计上也不允许验证双边下注,以此保证系统安全,解决Nothing at Stake的问题。

当然,普通POS算法还有很多缺陷,Casper正在一一解决,它还在酝酿期,缺陷和争议都是一大把,比如:总是那么一小撮持大量币者能获得所有新币,其他人毫无机会,这似乎又回到了POW时代——只有算力最雄厚者才能获得新币奖励。

从POW到POS,我们发现,新发的币从来属于那些能维护系统安全的人,这些新币同时也是给维护系统安全者的酬劳。

在Casper的POS相比于POW的优势在于:消减了规模优势。有很多算力或有很多币,曾经甚至现在都是一件很牛逼的事情,但Casper问世之后这种优势就会全然消解。

有钱有资源没什么了不起,正确才牛逼。因为一旦仗势欺系统,Casper会把它们桌面上的赌注扫干净,相比比特币,实行POS之后的以太坊更有去中心化的味道。

POS共识算法是我们理解比特币之外区块链世界的敲门砖,以太坊正在从POW转向POS,这不是一件简单的是,V神已做好分两步过渡的打算。从有Casper的POS共识算法中我们已能体会到它远比比特币复杂,复杂到代码到今天还没写完。

不过还好,一切只是刚刚开始,不用着急。你要相信,如果一件事情真的是机会,那么它将在未来很长时间里都是机会。

结语

第一季中,我们掀了一下区块链世界的门帘,瞄了两眼比特币白皮书。

好不容易在门外铺完了基础概念的路,但跨进门槛之后,没想到房间里却是一座大山。

所以,第二季我们开始向上爬,既然是山那当然会陡,当然会累,当然会有高原反应。如果遇到陌生概念,请学会挣扎着使用Google和Youtube,这些都是你攀登区块链之山的装备。

很多人对区块链多有争议,但我们这个专栏的读者很容易理解,区块链是一个比互联网都年轻50岁的新东西,人类天生害怕新生事物,这是写入我们基因深处的代码,绝大部分人无法挣脱。

好在,这个世界给了我们一个机会:如果一件事情你认为正确,但身边的人却不看好,你不用争辩,只需默默下好自己的注,把证明过程交给时间。

区块链不仅是思想趋势,也是技术工具,但如果只把比特币或以太坊当成发财工具,你可能会赚很多钱,但注定与这股沙尘暴的终极收益绝缘。

趋势不是工具本身,它是我们未来跳舞的舞台。

历史一次次证明,越好用的工具,带来的一定不是越平等,而是越大的不平等,烧刻出人与人之间更大的差别。

比如蒸汽机,1698年炫酷登场时,人类文明应该马上共同大繁荣吧?不,历史当场被撕成了两段,东方国家被甩到后面,连灰都看不见。

这是件极其残忍的事情,古往今来、概莫能外:一个工具一旦出现,一定会把人群劈成两半,一半关注并且会用,另一半漠视之后被历史撕远。

我们没有水晶球,不会看到各自五年后的命运,但是真的会与今天不同。如果多年之后你因为踩上趋势而登高一阶,那一定不是因为某个工具成就了你,而是你自己成就自己。

本文于2018年1月20日发布于同名微信公众号“汤强”:tangqiang0401。