在上一篇新手專題文章當中，我們已經講過加密貨幣共識機制的始祖，工作量證明（Proof of Work, PoW）的詳情，並讓大家了解到 PoW 的優點和缺點。基於 PoW 的缺點，以及一些開發員的努力，結果第二種共識機制亦出現了，它就是權益證明（Proof of Stake, PoS）。
在這篇新手專題文章當中，你將能夠掌握：
- 權益證明的背景資料
- 權益證明的基本運作原理
- 權益證明的完善方案：引入下注機制
- 權益證明的優點與缺點
權益證明的背景資料
在比特幣（Bitcoin, BTC）上線的第三年即 2011 年，PoS 的提議就已經出現，部分原因當然是衝著 BTC 的缺點而來，例如耗電和保安等問題。到了 2012 年，首種以 PoS 機制運作的加密貨幣 Peercoin（PPC）宣告誕生。PPC 作為首種 PoS 加密貨幣，在幣圈曾經有著很高的知名度，但是到了現在，它的聲勢已不如從前。
至今，PoS 已經發展成一個相當知名的共識機制。根據網站 “PoS List” 的資料顯示，加密貨幣市場當中使用 PoS 機制的加密貨幣已經超過 110 種。當中以 NEO 的規模最大，市值超過 8.4 億美元（截稿前數據）。雖然以太坊（Ethereum）謀求從 PoW 轉換至 PoS 機制，但是至今仍未實行。當過渡程序完成，PoS 的勢力將會大為擴展。
權益證明的基本運作原理
在 PoS 機制當中，礦工其實是驗證者（validator），負責驗證區塊。不過，這又不代表每一位礦工都需要不停接受驗證。因為在機制當中，負責驗證的礦工是由系統隨機抽出，只有被抽中的礦工，才要負責驗證區塊。
在這裡實在不得不提 PoS 當中的 “S”。“S” 即是 “Stake”，中文就是「持份」的意思。機制確實是根據了礦工的幣量多寡而決定驗證區塊的機會，所以較大的持份者，亦即是擁有較多幣的礦工，就有著更高概率（Probability）被抽中去驗證區塊，以下是一個簡單例子：
譬如說，叮噹有 40 個幣，大雄有 30 個幣，靜宜有 20 個幣，技安有 10 個幣，那麼他們四位被系統抽中去驗證區塊的概率就分別是 40%、30%、20% 和 10%。
當然，付出辛勞是有收穫的。由於負責了驗證區塊的工作，在驗證完成後，相應的礦工將會得到區塊當中部分，以至全部的交易費作為獎勵。
權益證明的完善方案：引入下注機制
剛才提到，Peercoin 是第一種運作 PoS 共識機制的加密貨幣，而 PoS 的基本運作原理基本上亦已經被 PPC 完整演繹。不過，PPC 的 PoS 機制不久就被人發現缺點，令到區塊鏈圈中人士研究要改善 PoS 機制，並嘗試在其他加密貨幣實踐。
在 PPC 的 PoS 機制當中，產出區塊者固然會獲得獎勵，但原來當區塊鏈發生問題，例如有人因企圖撤銷部分交易而衍生惡性分叉的時候，產出區塊者仍然可以選擇簽署惡性分叉的區塊，而不需要付出任何代價，並繼續獲得獎勵。也即是說，不論是簽署正常區塊，還是惡性區塊都能得到獎勵：關於產出區塊者處於此「不敗之地」的情況，後來就被稱為 PoS 的「無利害關係」問題（“nothing at stake” problem）。
既然要堵塞漏洞，可行的有效方法自然是在改善機制當中，要簽署惡性區塊的人付出代價。以太坊作為希望過渡至 PoS 的區塊鏈項目，為了解決這個問題貢獻甚多，當中他們提出的 “Casper” 方案，就被視為是新世代進化版 PoS。
Casper 是採用了一種賭博形式的方法，即透過驗證者下注（Placing bets）去解決問題。過程是：
驗證者先交出一定數目的以太幣（Ether, ETH）作為賭注。驗證者要做的是，選出他認為「可能成為下個區塊」的區塊，並以他原先交出的賭注，去代表他的選擇。如果驗證者賭對了，他所選的候選區塊，就會正式成為下個區塊，驗證者將能收回賭本和交易費，甚至乎是代幣（token）。相反，如果驗證者賭錯了候選區塊，他的賭注將會被部分沒收，甚至是全部沒收。
雖然以上的機制加入了「下注」和「賭博」的特色，但在實際情況而言，其實賭博的成分也不算多。因為，機制已經基本預期了驗證者始終會理性選擇良性的候選區塊，因為這個才是獲益最大的選擇（收回全數賭本 + 交易費），而選擇惡性的候選區塊，原則上不會符合經濟效益。
由於選擇正確區塊會得到獎勵，選擇惡性區塊是會受到懲罰，故此「無利害關係」問題在這個新型的 PoS 機制基本上已不再存在，這個亦是以太坊以至 Casper 的重要研究成果。
權益證明的優點與缺點
跟 PoW 相比，PoS 最明顯的優點必定是節約能源，這一點是毋容置疑的：PoW 透過讓網絡當中所有節點共同挖礦、以算力解決謎題的方法維持區塊鏈的運作，而且難度不斷升高，最終只會發展出一個極為龐大的耗電機制，在於人類發展資源考慮，做法並不可取。而 PoS 採用的隨機挑選驗證者制度，就能夠大大紓緩節點的硬件和能源負荷。
另一方面，PoS 在理論上亦被視為能夠大幅減低「51% 攻擊」出現的共識機制。隨機挑選驗證者的機制，令到小小的持份者都有機會成為驗證者，這個亦是「驗證者碎片化」的具體體現，出現單一驗證者擁有 51% 或以上權益的機會相信是偏小的。
不過，我們始終不能夠排除 PoS 出現以上情況發生：就拿以太坊為例，由於現時仍實行 PoW 機制，所以礦池的寡頭壟斷模式仍然存在，只要兩個、三個礦池同時合併，「51% 攻擊」是可以輕易發生的。假如將來以太坊過渡至 PoS 後，礦池以「收歸礦工權力」的形式繼續運作，單一驗證者擁有 51% 或以上權益的機會就會偏高，情況會較為危險。
跟 PoW 一樣，PoS 同樣有它的缺點：有意見認為，PoS 因為採用了隨機驗證者制度，令每個持份者都有機會驗證區塊並收取報酬，這將能夠消除 PoW 當中富者愈富的現象，但我們認為這種想法過於樂觀。實際情況是，PoS 只能紓緩，而不能消除上述現象：
的而且確，由於驗證區塊的獎勵是公平的，這令到小小的持份者，以及龐大的持份者，都能夠領取到理論上是均等的獎勵，這甚至對小小的持份者起到鼓舞作用：他拿到的是跟「富人」一樣比例的獎勵。但是大家別忘記，PoS 的隨機挑選驗證者機制是按照幣量決定，「富人」始終有較多獲得驗證區塊和收取獎勵的機會，長遠始終會拉開「窮人」和「富人」的貧富差距 － 當然這總比 PoW 只以算力作考量的獎勵機制來得更加「人道」。
總結
PoS 其實已經算是相當不錯的共識機制，它既能慳電，又能夠減少「51% 攻擊」機會，而且紓緩了貧富差距。但是正如 PoS 當初的出現，技術的精益求精最終沒有令共識機制的發展道路停下來，於是，一個基於 PoS 而發展出來的共識機制：權益委託證明（Delegate Proof of Stake, DPoS）亦橫空出世。關於它的故事，我們在下篇「新手專題」文章再談。
以上內容由《幣訊》與 9up.io 共同協作撰寫。
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