什么是权益证明 - 改变加密世界的共识机制

在2022年9月，Ethereum做了一件看似不可能的事情。他们将一个由数千矿工类似阿根廷耗电量支持的2000亿美元区块链，在一夜之间转换成了完全不同的共识机制。能源消耗瞬间降低了99.95%。没有爆炸，没有混乱，网络继续进行交易处理。不同之处在于，现在由验证者通过抵押资金而不是消耗电力来保护网络。这一变化证明了权益证明不仅仅是理论——它是已经在运行的、经过实战考验的金融网络基础设施。

核心理念如下：权益证明是一种共识机制，其中验证者需要将加密货币作为抵押来验证交易并创建区块。与工作量证明中矿工竞争解决难题不同，验证者是根据他们抵押的数量伪随机被选择的。诚实行事，获得奖励。作弊，则你的抵押金会被削减——即协议会直接销毁。安全性来自于数十亿美元的风险，而不是数十亿的电力成本。

突破不仅在于权益证明消耗更少的能源，而在于Ethereum成功实施了The Merge（合并）而没有破坏一个超过2000亿美元的网络，证明了这种方法可以保护主要的金融基础设施。是否比工作量证明长期更好仍有争议，但效率的提高本身就让人无法忽视其价值。

快速回答

权益证明通过经济激励而不是计算工作来保护区块链。验证者抵押加密货币作为抵押——Ethereum最低需32 ETH——来参与区块验证。协议会随机选择验证者提议区块，同时其他验证者确认其有效性。诚实的验证者通过新铸造货币和交易费用获得奖励。不良验证者将面对削减惩罚，其抵押资金会被销毁。这通过经济风险创造了安全性：攻击就意味着需要获得并冒着数十亿美元加密货币的风险，使攻击变得昂贵且无利可图。

其优点包括较工作量证明约99.95％的能源消耗减少、更低的参与门槛、以及更快的最终性。权衡包括财富集中导致的大型验证者的中心化风险和额外的协议复杂性。主要的PoS网络包括以太坊合并后、Cardano、Solana、Polkadot和Avalanche。

为什么权益证明很重要

中本聪的天才在于解决了无须信任方的双重支付问题。工作量证明通过使区块创建昂贵来达成这一点——你需要通过消耗真实资源如电力来参与。重写历史需要重做所有的工作，使攻击的成本超过你能偷走的价值。但PoW的优点也是其缺点：烧电就是其关键，而非漏洞。比特币每年大约使用150太瓦时的电力，相当于阿根廷的整个能源消耗。合并前以太坊每年约使用112太瓦时。

权益证明用经济风险代替了物理资源消耗。与其证明你消耗了电力，不如证明你锁住了可以销毁的有价值的加密货币以防作弊。要攻击以太坊的PoS网络，你需要超过51%的质押ETH——目前约为3300万ETH，价值超过600亿美元。即使你能获得那么多，这会使价格暴涨，攻击则会导致ETH价值崩溃，毁掉你的投资。你会花费数十亿打垮网络，结果只会让偷来的数十亿变得毫无价值。

以太坊在2022年9月15日的合并证明了PoS在大型应用中可行。能源消耗在一夜之间减少了99.95％，ETH发行减少了约90％，而网络安全性通过抵押约600亿美元得以维持。这验证了PoS不仅仅在理论上，而是在生产中可以保护主要的金融网络。

权益证明的运作原理

质押意味着将加密货币存入智能合约中，锁定为抵押资金。你不能在解除抵押期到期之前花掉这些质押资金。对于Ethereum，每个验证者需要32 ETH（按当前价格约为60000美元），消费者级别的硬件，以及超过99％的正常运行时间。买不起32 ETH？像Lido、Rocket Pool和Coinbase这样的质押池提供最低0.01 ETH的集体质押。截至2025年1月，Ethereum大约有100万活跃验证者质押约3300万ETH。

在PoW中，矿工竞相解题，胜者提出区块。在PoS中，协议通过算法选择验证者。每12秒，Ethereum会伪随机选择一个区块提议者和多个验证者（通常是一个由128个验证者组成的委员会）来验证提议的区块。选择基于质押的数量加权，但随机化以防止可预测性。

被选为提议者时，验证者收集待处理交易，创建新区块并将其广播。分配的委员会检查有效性。一旦三分之二的委员会验证者确认区块有效，区块便成为规范链的组成部分。PoS比PoW更快实现"经济最终性"。在大约12.8分钟两个纪元之后，经过证明的区块成为最终的；因为逆转它们需要销毁数十亿美元的质押ETH，通过削减来威慑攻击者。

限制与问题

“无成本参视频”问题表明验证者可以在多个分叉上签署区块“免费”因为没有电力成本。这可能会启用创建不同链历史的长程攻击。实际上，现代的PoS设计通过削减、最终性检查点和弱主观性缓解了这一问题。"无成本参视频"尚未在主要PoS链上表现为真实攻击。

PoS按质押规模按比例奖励验证者。大股东赚得更多，重新质押，复利回报。这使得财富集中于富有的验证者。以太坊的前5个实体控制了大约50％以上的质押ETH——例如Coinbase、Binance、Kraken等交易所，以及像Lido这样的服务。

反论：工作量证明挖矿同样中心化。前3大比特币矿池控制了约60％的算力。大质押实体代表许多较小的质押者合资。中心化是一个有效的担忧，但PoS在实际中并不一定比PoW更糟。

权益证明与工作量证明对比

PoW从物理资源消耗中获得安全性。攻击需要51％的算力。PoS从有风险的经济抵押中获得安全性。攻击需要51％的质押供应——数十亿的资本。

哪一个更安全？无休止的争论。PoW的支持者认为物理消耗提供了客观的安全性。PoS的支持者认为经济风险提供了相等的安全性并且效率更高。两者都在生产中证明了安全性。

两者在实践中都是中心化的。比特币挖矿的前3大矿池控制了大约60％的算力。以太坊质押的顶级实体控制了大约50％以上的质押。两者都未完全实现去中心化。

PoS相比PoW将能耗减少了约99.95％。这也是PoS最明显的优势。比特币支持者认为能耗是必要的安全支出。这些争论不能改变PoS以可忽略能耗实现了相等安全的事实。

权益证明的未来

PoS现在是新区块链的主导机制。以太坊合并完成后继续进行分片、单槽最终性将确认时间缩短至12秒，并可能降低质押门槛。

像Lido此类的流动质押衍生品控制了以太坊质押的约30％，整体流动质押达40％以上。大多数质押者更喜欢流动性而非单独质押的复杂性。这创造了中心化风险但改善了资本效率。

PoS支持共享安全模型，其中一个链为多个链提供安全性。Polkadot的中继链为平行链提供安全性，Cosmos Hub正在探索跨链安全性，以太坊可能直接为第二层汇总提供安全性。

参考文献

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2. Vitalik Buterin - “Proof of Stake FAQ” (2023 updated) - https://vitalik.eth.limo/general/2017/12/31/pos_faq.html
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5. Cambridge Centre for Alternative Finance - “Ethereum Energy Consumption After The Merge” (2023) - https://ccaf.io/cbnsi/ethereum
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9. Galaxy Digital Research - “Proof of Stake vs Proof of Work: A Comparison” (2023) - https://www.galaxy.com/
10. Ethereum Foundation - “Gasper: Combining GHOST and Casper” - https://ethereum.org/en/developers/docs/consensus-mechanisms/pos/gasper/