以太坊的权益证明实施将如何运作？

期待已久的以太坊合并大概率在接下来的几个月发生，目前开发人员正在忙于合并前的测试工作，那么合并后的以太坊在权益证明机制（POS）下将如何工作，和之前的工作量证明机制有何不同？

以太坊的权益证明(POS)将如何运作？

在以太坊的 PoS 实施下，矿工现在被验证者取代。要作为验证者参与，用户必须存入（或赌注) 32 以太币6进入以太坊存款合同作为抵押品设立一个质押节点.

而在 PoW 下，出块的时间是由挖矿难度决定的，而在 PoS 中，节奏现在是固定的，因为没有更多的“工作”要做。PoS 以太坊中的时间分为时隙（12 秒）和纪元（32 时隙）。通过算法随机选择一个验证器作为区块提议者在每个插槽中。该验证器负责创建一个新块并将其发送到网络上的其他节点。

同样在每个时隙中，随机选择一个由 128 名其他验证者组成的委员会，他们的投票用于确定所提议区块的有效性。为了让委员会执行这项任务，区块中交付的交易被重新执行，并检查区块签名以确保区块有效。然后这些验证者发送投票（称为证明) 支持整个网络的该块。

作为对他们努力的回报，全部质押节点（无论他们是否是任何给定时段的区块提议者或证明者）在 ETH 发行中通过可变的年收益率（或 APY）获得补偿，即他们的质押余额增加，质押 APY 是以太坊费用收入的函数，并且与质押的 ETH 数量大致成反比，以鼓励在更广泛的网络中以更高效的方式使用 ETH。

正如我们上面所讨论的，共识机制是 Sybil 抵抗机制和链选择规则的组合。我们描述了最长链规则如何成为 PoW 的链选择规则。对于 PoS 来说，情况略有不同：当网络以最佳状态和诚实运行时，链头只会有一个新块，并且所有验证者都可以证明这一点。但是，由于网络延迟或区块提议者有模棱两可的（即提出多个区块）9. 因此，一种称为LMD-GHOST用于决定支持哪一个，它通过识别其历史上具有最大证明权重的分叉来起作用。

权益证明的相对优势

安全

攻击者需要 51% 的质押 ETH 来欺骗链（目前刚刚超过650 万以太币，约 130 亿美元10）。还有一个额外的威慑力是那些参与恶意行为（例如模棱两可和/或提交相互矛盾的证明）的人可能会被削减他们的股份11高达 100%。（这与 PoW 形成鲜明对比，PoW 不能明确惩罚恶意行为者。）

此外，如果 51% 攻击要克服加密经济防御，社区还可以诉诸诚实链的社会恢复。例如，诚实的验证者可以决定分叉并继续在少数链上构建，并鼓励应用程序、交易所等这样做，同时将攻击者从网络中移除12并销毁他们质押的 ETH。

这些选项显然需要他们自己大量的人工协调和链下交互，尽管可以说分叉链（在 PoS 的情况下）比组织现实世界的硬件更改（例如ASIC 到 GPU）或在 PoW 的情况下提供加速。

由于对攻击者的 ETH 削减惩罚，多次攻击将变得非常昂贵，每次都需要购买价值数十亿美元的 ETH。

确定性

Finality 可以说比 PoW 更干净、更快。每个 epoch 中的第一个区块被认为是一个“检查点”区块，并且通过至少三分之二的验证者之间的协议最终确定一个 epoch。验证者必须将他们的全部赌注押在这上面，所以如果他们试图串通一气，他们将有失去全部赌注的风险。13

由于最终确定性需要三分之二多数，攻击者可以通过以总股份的三分之一投票来阻止网络达到最终确定性（并因此承诺失去他们通过所获得的抵押 ETH 总供应量的三分之一）削减——目前约为 430 万 ETH 或 85 亿美元）。即使有这种大幅度的威慑，也有一种机制可以防御这种情况：不活动泄漏. 每当链未能完成超过四个时期时，这就会激活。不活动的泄漏使投票反对多数的验证者失去了质押的 ETH，从而使多数人重新获得三分之二的多数并最终确定了链。

如果攻击者能够获得超过三分之二的总股份，这将允许他们强制所有交易的最终确定性。在这种情况下，可以使用与上述 51% 攻击相同的社会恢复选项来规避攻击。

进入障碍

这种只拥有资本而不是购买、维护和定期更换专用硬件来参与区块创建的要求应该会促进去中心化，并导致更多的个人节点在 PoS 下保护网络。

即使是潜在质押者的 32 ETH 最低存款也可以通过使用集合质押服务（例如使用 Lido 或 Rocket Pool）来规避，尽管这些都有自己的中心化/卡特尔化风险（在下面的“证明的相对弱点”下再次讨论股权') 。

能源使用

由于无需执行“工作”来挖掘和提议区块，PoS 区块链的能源使用量比 PoW 区块链低约 99.95%。

回报率

无论个人或实体拥有或控制多少个验证者节点，所有验证者的抵押 APY 都是相同的。请注意，显然这并不意味着绝对ETH 的回报对每个人来说都是一样的（在下面的“权益证明的相对弱点”下再次讨论）。

发行

由于 PoS 的能源需求较低，因此需要较少的 ETH 发行来激励参与——目前的供应量13,500 以太币在 PoW 下，每天估计最多下降 90%。可以说，这种持续的低通胀是更健康为了区块链的可持续性而不是更高的发行替代方案，并且还降低了围绕不 Staking 的资本成本。

权益证明的相对弱点

缺乏实践验证

与 PoW 相比，PoS 更年轻，经受的考验更少。可能有错误，利用或尚未预见到的机会来博弈系统，需要在实施以后不断调整，磨合才会达到成熟。

中心化风险：多节点质押者

尽管所有验证者的抵押 APY 都是相同的（如前所述），但这也意味着控制多个节点的个人或实体自然会获得比仅使用（一组）32 ETH 抵押的人更高的绝对回报。这在 PoS 系统的反对者中通常被称为“富人越富”问题，并且存在中心化风险。当切换到 PoS 后发行量下降时，这种情况可能会加剧，这可能会进一步巩固现有多节点质押者的地位。

在我对这一点的阅读中，PoS 的拥护者普遍指出 PoW 如何通过规模经济向量也具有“富有-变得更加富有”的趋势（如“证明的相对弱点”下的“回报率”小节中所讨论的- of-Work'），但是对于 PoS 本身的这种“越来越富有”的说法没有明确的反驳 - 即绝对回报将根据谁下注什么而有所不同，这是一个数学事实。

为了不让这成为一个重要的中心化问题，隐含地依赖网络中足够数量的单/低数量节点验证者来平衡更大的多节点抵押者并保持去中心化。社会压力也可能发挥重要作用，我们应该记住，人们将继续从 Staking 中获利。如果这一切都失败了，以太坊 PoS 实施中内置的惩罚性削减机制旨在成为威慑任何集中化和勾结企图的重要手段。此外，还可能有其他经济方式阻止中心化。

需要注意的是，多节点质押者会增加他们被算法选中来提议区块的机会。这本身并不是一个攻击向量问题，因为在任何给定时间验证提议区块的委员会中都会有 128 名独立证明者。就该恶意行为者能够获得足够的节点作为证明者以及推动其区块的可能性而言，有不到万亿分之一的机会控制网络上三分之一验证者的攻击者也将控制委员会中三分之二的证明验证者以成功执行攻击。

增加信任假设

PoS 不是依靠计算工作来解决一个块，而是更多地依赖于验证者的提议和证明，因此需要一个信任假设增加与 PoW 相比。因此，依赖削减机制来控制所有验证者/质押节点。此外，并非所有参与共识的节点都是质押节点，非质押节点也可能最终拒绝被认为不准确或不诚实的提案/证明。

实施的复杂性

PoS 的实现比 PoW 更复杂，例如，用户需要运行三个软件才能参与以太坊的 PoS，而 PoW 则需要运行一个软件。

参考：https://ethereum.org/en/developers/docs/consensus-mechanisms/pos/