比特幣協(xié)議是如何工作的

在比特幣白皮書于2008年首次發(fā)布后，對(duì)于越來(lái)越多的人來(lái)說(shuō)，虛擬貨幣的前景突然變得很現(xiàn)實(shí)。全球經(jīng)濟(jì)處于危險(xiǎn)之中，各國(guó)央行成為廣泛民粹主義憤怒的對(duì)象。這些因素助長(zhǎng)了人們對(duì)比特幣（比特幣是一種相對(duì)分散的貨幣）以及其基礎(chǔ)對(duì)等技術(shù)（現(xiàn)在稱為“區(qū)塊鏈”）的興趣。不過(guò)，驗(yàn)證比特幣賬簿交易的工作量證明機(jī)制（PoW）的能源消耗成本隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。更新的區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制解決了這個(gè)問(wèn)題，其中最重要的是利害關(guān)系證明（PoS）。

一般來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的要點(diǎn)是為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)信任的驗(yàn)證和容錯(cuò)。這在很大程度上就是比特幣作為一種貨幣獲得如此巨大動(dòng)力的原因。通過(guò)解決諸如拜占庭將軍的困境和雙重支出等問(wèn)題，比特幣賬簿可以有效地作為一個(gè)沒(méi)有中心權(quán)威或失敗的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。（想學(xué)習(xí)比特幣的基礎(chǔ)知識(shí)嗎？）看看比特幣協(xié)議是如何工作的。

工作量證明（POW）

PoW共識(shí)機(jī)制實(shí)際上比比特幣早了至少10年，但直到中本聰?shù)陌灼_(kāi)之后才被廣泛使用?！肮ぷ鱽?lái)量證明”一詞是由Markus Jakobsson和Ari Juels在1999年發(fā)表的一份文件中創(chuàng)造出來(lái)的，這個(gè)概念早在1993年就已經(jīng)以某種有限的形式存在了。在比特幣（以及其他幾種加密貨幣）的背景下，PoW不僅是一種保護(hù)和驗(yàn)證對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的方法，也是一種獲?。ɑ颉巴诰颉保┴泿诺姆椒ā１忍貛艆^(qū)塊鏈上的每個(gè)礦工都貢獻(xiàn)出計(jì)算能力來(lái)解決驗(yàn)證分類賬的等式，并在成功完成后獲得加密貨幣獎(jiǎng)勵(lì)。

PoW在確保區(qū)塊鏈安全方面非常有效，并在一定程度上證明了數(shù)字貨幣的可行性。但作為一種計(jì)算算法，它顯然也是一種浪費(fèi)。用于PoW 共識(shí)機(jī)制的許多處理能力都被浪費(fèi)了，因?yàn)樯傻脑S多哈希值不符合成功挖掘/驗(yàn)證所需的標(biāo)準(zhǔn)。每當(dāng)成功實(shí)現(xiàn)哈希值并添加“塊”時(shí)，PoW區(qū)塊鏈就變得更難于（且效率更低）驗(yàn)證。特別是在2017年，比特幣網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)顯著增加的時(shí)候。據(jù)估計(jì)，到次年6月，比特幣和比特幣現(xiàn)金的年總能耗率約為70太瓦小時(shí)。

股權(quán)證明（POS）

股權(quán)證明至少?gòu)?011年開(kāi)始就作為一個(gè)概念存在，并在接下來(lái)的幾年里逐漸被Peercoin和Blackcoin等加密貨幣采用?？梢哉f(shuō)，最引人注目的PoS應(yīng)用出現(xiàn)在2017年的以太坊區(qū)塊鏈的Casper硬分叉上。PoS協(xié)議在區(qū)塊鏈（通常在其核心錢包內(nèi)）上指定具有一定財(cái)富閾值的節(jié)點(diǎn)作為事務(wù)驗(yàn)證器，而不是使用挖掘器。他們的“股權(quán)”指的是他們持有的用于驗(yàn)證的股份數(shù)量，以及表明交易年齡的流通時(shí)間戳。雖然PoS驗(yàn)證模型本身也存在問(wèn)題，但它所需要的能耗（至少?gòu)拈L(zhǎng)期來(lái)看）要比PoW低得多。

PoS協(xié)議還有許多值得注意的變體，以及類似的模型，這些模型不一定使用樁作為驗(yàn)證的形式。例如，委托的利害關(guān)系證明（DPoS）和委托的拜占庭容錯(cuò)（DBFT）都進(jìn)行社區(qū)選舉，向利害關(guān)系節(jié)點(diǎn)授予驗(yàn)證權(quán)。重要性證明（PoI）模型（如NEM區(qū)塊鏈模型），主要獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)點(diǎn)對(duì)各自網(wǎng)絡(luò)的積極貢獻(xiàn)（如特殊支付協(xié)議）。

雖然PoW和PoS都通過(guò)某種形式的集體驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)完整性的共同目標(biāo)，但它們的共識(shí)方法在理念和功能上都存在顯著差異，這往往會(huì)對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈社區(qū)產(chǎn)生不同的影響。這兩種協(xié)議的關(guān)鍵區(qū)別在于，PoW暫時(shí)致力于計(jì)算能力以幫助保護(hù)其網(wǎng)絡(luò)，而PoS則暫時(shí)致力于現(xiàn)有財(cái)富（或股權(quán)）作為驗(yàn)證工具。

碳足跡

環(huán)境影響是一個(gè)日益引起關(guān)注的問(wèn)題，揭示了采用POW的重大潛在危險(xiǎn)。最近的權(quán)威研究絕大多數(shù)警告異常地球表面和海洋溫度的增加，海平面上升，以及其他各種各樣的擔(dān)憂氣候變化數(shù)據(jù)，廣泛采用的PoW的加密貨幣 （如比特幣）可能會(huì)引起深刻的社會(huì)和政治影響。

然而，區(qū)塊鏈在許多不同行業(yè)（包括金融科技和其他行業(yè)）的潛力是如此巨大，不容忽視。從銀行到媒體和通信，這項(xiàng)技術(shù)的某些方面為系統(tǒng)提供了透明度和匿名性。區(qū)塊鏈固有的不可變特性可以讓它對(duì)公眾負(fù)責(zé)。此外，分散應(yīng)用程序（DApps）突出了區(qū)塊鏈技術(shù)作為高度民主化的軟件開(kāi)發(fā)、分發(fā)和集成平臺(tái)的前景。

去中心化

分散網(wǎng)絡(luò)或分類賬的概念使區(qū)塊鏈技術(shù)受到全世界人民和機(jī)構(gòu)的青睞。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，POW和PoS是否仍能保持純粹的權(quán)力分散還有待商榷。隨著比特幣驗(yàn)證器從CPU到GPU，再到專門的ASIC采集器（更不用說(shuō)在非常本地化的采掘區(qū)域了）的逐步發(fā)展，PoW硬件和擴(kuò)展挖掘可以說(shuō)已經(jīng)高度集中。PoS（不受任何社區(qū)強(qiáng)制執(zhí)行的規(guī)范或限制約束）傾向于集中財(cái)富，從而集中權(quán)力。這些問(wèn)題結(jié)合在一起突出了混合PoW/PoS系統(tǒng)以及諸如DPoS和PoI等新模型的潛在好處。

其他創(chuàng)新（如比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)）正在努力尋找解決方案，這些方案可能會(huì)減少現(xiàn)有PoW區(qū)塊鏈的一些能源消耗。但如果PoW網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)增長(zhǎng)，它們似乎不太可能維持一種可與更新的共識(shí)模型（PoS、PoI等）相媲美的長(zhǎng)期能效標(biāo)準(zhǔn)。各國(guó)政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)如何應(yīng)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)作為一個(gè)整體不斷增長(zhǎng)的問(wèn)題仍有待觀察。