在上一篇新手专题文章当中，我们已经讲过加密货币共识机制的始祖，工作量证明（Proof of Work, PoW）的详情，并让大家了解到 PoW 的优点和缺点。基于 PoW 的缺点，以及一些开发员的努力，结果第二种共识机制亦出现了，它就是权益证明（Proof of Stake, PoS）。
在这篇新手专题文章当中，你将能够掌握：
- 权益证明的背景资料
- 权益证明的基本运作原理
- 权益证明的完善方案：引入下注机制
- 权益证明的优点与缺点
权益证明的背景资料
在比特币（Bitcoin, BTC）上线的第三年即 2011 年，PoS 的提议就已经出现，部分原因当然是冲著 BTC 的缺点而来，例如耗电和保安等问题。到了 2012 年，首种以 PoS 机制运作的加密货币 Peercoin（PPC）宣告诞生。PPC 作为首种 PoS 加密货币，在币圈曾经有着很高的知名度，但是到了现在，它的声势已不如从前。
至今，PoS 已经发展成一个相当知名的共识机制。根据网站 “PoS List” 的资料显示，加密货币市场当中使用 PoS 机制的加密货币已经超过 110 种。当中以 NEO 的规模最大，市值超过 8.4 亿美元（截稿前数据）。虽然以太坊（Ethereum）谋求从 PoW 转换至 PoS 机制，但是至今仍未实行。当过渡程序完成，PoS 的势力将会大为扩展。
权益证明的基本运作原理
在 PoS 机制当中，矿工其实是验证者（validator），负责验证区块。不过，这又不代表每一位矿工都需要不停接受验证。因为在机制当中，负责验证的矿工是由系统随机抽出，只有被抽中的矿工，才要负责验证区块。
在这里实在不得不提 PoS 当中的 “S”。“S” 即是 “Stake”，中文就是“持份”的意思。机制确实是根据了矿工的币量多寡而决定验证区块的机会，所以较大的持份者，亦即是拥有较多币的矿工，就有着更高概率（Probability）被抽中去验证区块，以下是一个简单例子：
譬如说，叮当有 40 个币，大雄有 30 个币，静宜有 20 个币，技安有 10 个币，那么他们四位被系统抽中去验证区块的概率就分别是 40%、30%、20% 和 10%。
当然，付出辛劳是有收获的。由于负责了验证区块的工作，在验证完成后，相应的矿工将会得到区块当中部分，以至全部的交易费作为奖励。
权益证明的完善方案：引入下注机制
刚才提到，Peercoin 是第一种运作 PoS 共识机制的加密货币，而 PoS 的基本运作原理基本上亦已经被 PPC 完整演绎。不过，PPC 的 PoS 机制不久就被人发现缺点，令到区块链圈中人士研究要改善 PoS 机制，并尝试在其他加密货币实践。
在 PPC 的 PoS 机制当中，产出区块者固然会获得奖励，但原来当区块链发生问题，例如有人因企图撤销部分交易而衍生恶性分叉的时候，产出区块者仍然可以选择签署恶性分叉的区块，而不需要付出任何代价，并继续获得奖励。也即是说，不论是签署正常区块，还是恶性区块都能得到奖励：关于产出区块者处于此“不败之地”的情况，后来就被称为 PoS 的“无利害关系”问题（“nothing at stake” problem）。
既然要堵塞漏洞，可行的有效方法自然是在改善机制当中，要签署恶性区块的人付出代价。以太坊作为希望过渡至 PoS 的区块链项目，为了解决这个问题贡献甚多，当中他们提出的 “Casper” 方案，就被视为是新世代进化版 PoS。
Casper 是采用了一种赌博形式的方法，即透过验证者下注（Placing bets）去解决问题。过程是：
验证者先交出一定数目的以太币（Ether, ETH）作为赌注。验证者要做的是，选出他认为“可能成为下个区块”的区块，并以他原先交出的赌注，去代表他的选择。如果验证者赌对了，他所选的候选区块，就会正式成为下个区块，验证者将能收回赌本和交易费，甚至乎是代币（token）。相反，如果验证者赌错了候选区块，他的赌注将会被部分没收，甚至是全部没收。
虽然以上的机制加入了“下注”和“赌博”的特色，但在实际情况而言，其实赌博的成分也不算多。因为，机制已经基本预期了验证者始终会理性选择良性的候选区块，因为这个才是获益最大的选择（收回全数赌本 + 交易费），而选择恶性的候选区块，原则上不会符合经济效益。
由于选择正确区块会得到奖励，选择恶性区块是会受到惩罚，故此“无利害关系”问题在这个新型的 PoS 机制基本上已不再存在，这个亦是以太坊以至 Casper 的重要研究成果。
权益证明的优点与缺点
跟 PoW 相比，PoS 最明显的优点必定是节约能源，这一点是毋容置疑的：PoW 透过让网络当中所有节点共同挖矿、以算力解决谜题的方法维持区块链的运作，而且难度不断升高，最终只会发展出一个极为庞大的耗电机制，在于人类发展资源考虑，做法并不可取。而 PoS 采用的随机挑选验证者制度，就能够大大纾缓节点的硬件和能源负荷。
另一方面，PoS 在理论上亦被视为能够大幅减低“51% 攻击”出现的共识机制。随机挑选验证者的机制，令到小小的持份者都有机会成为验证者，这个亦是“验证者碎片化”的具体体现，出现单一验证者拥有 51% 或以上权益的机会相信是偏小的。
不过，我们始终不能够排除 PoS 出现以上情况发生：就拿以太坊为例，由于现时仍实行 PoW 机制，所以矿池的寡头垄断模式仍然存在，只要两个、三个矿池同时合并，“51% 攻击”是可以轻易发生的。假如将来以太坊过渡至 PoS 后，矿池以“收归矿工权力”的形式继续运作，单一验证者拥有 51% 或以上权益的机会就会偏高，情况会较为危险。
跟 PoW 一样，PoS 同样有它的缺点：有意见认为，PoS 因为采用了随机验证者制度，令每个持份者都有机会验证区块并收取报酬，这将能够消除 PoW 当中富者愈富的现象，但我们认为这种想法过于乐观。实际情况是，PoS 只能纾缓，而不能消除上述现象：
的而且确，由于验证区块的奖励是公平的，这令到小小的持份者，以及庞大的持份者，都能够领取到理论上是均等的奖励，这甚至对小小的持份者起到鼓舞作用：他拿到的是跟“富人”一样比例的奖励。但是大家别忘记，PoS 的随机挑选验证者机制是按照币量决定，“富人”始终有较多获得验证区块和收取奖励的机会，长远始终会拉开“穷人”和“富人”的贫富差距 － 当然这总比 PoW 只以算力作考量的奖励机制来得更加“人道”。
总结
PoS 其实已经算是相当不错的共识机制，它既能悭电，又能够减少“51% 攻击”机会，而且纾缓了贫富差距。但是正如 PoS 当初的出现，技术的精益求精最终没有令共识机制的发展道路停下来，于是，一个基于 PoS 而发展出来的共识机制：权益委托证明（Delegate Proof of Stake, DPoS）亦横空出世。关于它的故事，我们在下篇“新手专题”文章再谈。
以上内容由《币讯》与 9up.io 共同协作撰写。
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