PoW VS PoS：谁拥有真实的开放性？谁能远离热力学的终局？

9 月 15 日，一个载入加密史册的日子，以太坊合并，从POW 转向 POS 机制，似乎宣告了一个时代的结束。

选 POW 还是 POS，这是一个问题？

特殊之日，深潮 TechFlow 带大家回顾三篇经典文章，分别是原比特大陆创始人吴忌寒所著《算力之美》，以太坊创始人Vitalik 所著《为什么选择PoS？》（Why Proof of Stake？），以及橙皮书出品的《PoW和PoS大辩论：谁拥有真实的开放性？谁能远离热力学的终局？》

全文如下：

撰文：Nervos 首席架构师 Jan

A: POS大户坐着获得的资本利得，是小散无法逾越的鸿沟，且无法约束他的权利。

B: 这个问题是社会正常现象吧,有钱的人挣钱本身就是比平民容易,他投入这么多钱收入却比别人少,那才是不公平啊,现在是大家获得的比例是一样的,大户投入的钱多,就是会获得更多的回报

这是一个PoW和PoS讨论中常见的对话。A提出了两个问题，1. (公平性问题) PoS大户坐着获利，普通人没有；2. (无法制约）PoS大户的权利无法约束。B回答了1。

对于问题1, 我同意B的看法。投入多回报多是合理的，无论是pow还是pos都是这样， 区块链是帮助实现过程公平而不是结果公平的工具。在区块链里面我们依然会看到马太效应。试图用区块链去解决结果公平的后果是区块链治理的内涵无限扩大，将本该由协议解决的各种问题（后面会看到）统统推给投票去解决。

然而无论是历史还是理论早就告诉我们，世界上并没有完美的群体选择制度。区块链是一个能够记录数据，保证数据不被篡改，为所有人提供数据的工具，通过这样一个工具帮助我们更好的实现过程公平，已经是非常非常大的进步了。

问题2是一个 在讨论中被忽略的关键问题。投入资源换取回报天经地义，但前提是你想投入就能投入吗？举个例子，一个明星创业团队融资，是不是任何vc想投就能投进去呢？PoW具有非常好的开放性，使得后来的共识参与者总是可以加入共识群体，而PoS不具有这样的开放性。引用这里的讨论：

在PoS中，未来的共识群体是由今天的共识群体决定的。任何新的节点想要参与共识都需要通过至少一个交易来实现（e.g. 抵押，投票，etc.），而这个交易是否被处理是由今天的共识群体决定，他们可以处理这个交易，也可以不处理这个交易， 如果不处理这个交易，新的节点永远都无法参与共识。
同时，“不处理交易”是容易伪装而难于惩罚的行为，我还没有看到能在共识协议中解决这个问题的方案。PoS往往是根据stake的权重来分配出块比例（和节点数量没关系），考虑到大部分系统中stake的集中程度，这是一个非常实际的问题。

PoW是彻底的Permissionless。无论什么时候，只要你愿意，都可以买矿机和电力加入出块者的行列，不需要今天的矿工给你任何形式的许可。你也许会说，我还是需要购买矿机和电力呀，这是不是一种形式的许可呢？
是的，从更低一层来说，这也是一种许可。但遗憾的是，在所有的Proof of XXX中，这已经是最去中心化的许可形式了，毕竟矿机生产和电力资源的去中心化程度远高于各种 tokens (的分散程度)。我们总是应该追求尽可能的去中心化，否则用回中心化系统就好了。

”是否能够投入”本身可以看作一种option，有非常高的价值。PoW能有这样的性质，是因为工作量证明的计算是一种不依赖历史的计算， 无论你在任何时间点购买算力加入计算，你都和其他矿工在同一个起跑线上, 这是一个非常独特的、反直觉的性质，正是这个性质使得后来者总是能打破了早期参与者的优势。

PoS不同，因为stake是系统中内生的资产，资产的所有权是由系统历史决定的，交易顺序是由系统历史决定的，因此无论是需要抵押token加入的pos，还是只需要持有token就可以参与的pos，其validator集合都是这个系统自身的历史决定，PoS和PoW在”参与共识是否需要依赖历史“上是截然不同的。我们很容易能看出，这是一个本质不同，无论什么样的上层设计都解决不了这一点。

因此PoW和PoS的设计，从根本上是两种不同的思路，体现两种不同的理念：

1. (PoS) 系统应该让先发者获得天然的优势

2. (PoW) 系统不应该让先发者获得天然的优势

注意主语是“系统”，共识参与者在系统外的优势不是任何协议设计可以解决的。如果你认为1是对的，自然应该支持PoS，反之你应该会更赞同PoW。CKB在设计中选择PoW，是因为CKB的设计目标是Layer1，一个全世界共用的基础设施，我们希望它可以长久而且中立的运行，要做到这一点，系统不应该让先发者（包括系统设计者自己）获得天然的优势。

A: pos买币staking不就是投入了吗

确实是投入，但是这里的“投入获得回报”中的”回报”已经变了。对于投入获得的回报我们需要分开来看，一种回报是token收益，最近的pos基本都支持delegate, 所以基本上所有人都有这个option. 另一种是参与共识的权利，根据上面的回答，它可以被现有的validator垄断，大部分人没有option。权利有很多种，分红只是其中一种，而且不是关键的那一种。

那么共识的权利为什么重要，它有什么用呢？它意味着你可以对交易排序，而交易排序决定了链上众筹时你的交易能不能及时上链，在DEX里面交易时你的订单能不能及时成交，等等等等。在PoS的系统上做DeFi？你需要认真考虑一下validator本身是做什么的，是否和你的发送的交易有利益相关？

我们知道，DeFi的交易很可能是价值含量非常高的交易，e.g. DEX里面一个巨大的买单，这时候validator如果安排一个插队的交易怎么办？仅仅是交易顺序的不同就可以造成巨大的获利，何况共识节点能做的远大于此？

聪明的你一定会想到：“那PoW的矿工/矿池不是一样有这样的问题吗？” 没错，PoW的矿工一样有这样的权利，但PoW有两个优点可以削弱这个问题：

1、出块节点和生态中的关键用户是解耦的。生态中的关键用户，指的是交易所、钱包等围绕区块链提供服务的服务商，它们为大量的用户提供优质的服务，聚集了大量的用户和交易。

在PoS中，由于拥有大量用户和交易，stake会自然的往生态中的关键用户集中，形成天然的stake pool，因此关键用户在业务上的优势可以转化成在共识和治理上的优势（在某些链里面已经体现的非常明显了），使得先行者的优势更加强化。

在PoW中，矿工群体和交易所/钱包是独立的，他们有不同的专业分工，通过不同的专业知识，不同的方式获取回报，关键用户不能将自己的业务优势转化为协议中的优势，矿工也没办法将自己在协议中的优势转化为上层业务的优势。在PoW中，开发者、用户和共识节点之间可以形成制衡。

2、PoW的共识是开放的（见上文），充满了激烈的竞争。也许一个矿池/矿工可以在短时间内做到这一点，但由于新的矿工总是可以自由加入，想要长久的做到这一点是非常困难的，激烈竞争将会造就一个越来越公平的充分竞争的市场，这需要时间(30年？maybe)。

反过来，在PoS中，由于天然的先行者的优势，以及业务优势和共识优势的绑定，先行者的优势只会越来越大，竞争将逐渐消失，最后形成垄断或寡头。在基础设施级的协议里面，我们应该尽可能的去避免垄断。

区块链本身是一个大的排队机，决定排序的权利是这个系统中最关键的权利。

A: (Bitcoin) 一小时51攻击的成本区区44.3万美金…

A想要表达的是，Bitcoin并不安全，因为只要44.3万美金就能攻击它了，然后PoS的token是有限的，没有攻击者可以从市场上购买到足够多的stake来攻击。

这个观点忽略了一个问题：在某一时刻，地球上的算力同样是有上限的。如果一条PoW的链只有10%的SHA256算力，这样算是没有问题的。但是如果比特币已经集中了90%（估计值）的SHA256算力，你从哪里去获得另外90%的SHA256算力呢？量变会引起质变，算力地位的变化会影响安全性。

不安全的不是PoW，是没有获得足够算力的PoW链。使用PoW的区块链都会遇到比使用PoS的区块链更大的起步问题，然而正是这样真实而残酷的考验才能证明区块链的安全。不然，我也跑一条PoS链，99%的token都归我自己，1%在市场上想炒多高炒多高，安全性岂不是分分钟超过Bitcoin? Bitcoin已经运行10年了，上面承载的价值这么多，为什么攻击没发生呢？相反，某些链运行了不到一年，上面存了价值区区几十万元的智能合约被偷了无数次… 理论需要不断用事实修正，当理论和事实不符的时候，一定是理论错了。

同样是有上限，在PoW链中参与共识所需要的资源上限是随着时间变化的，由科技的进步、人类的进取心和激烈的竞争不断推动前进，所需要的自然资源的获取是完全去中心化的；而PoS链中所需要的资源上限是协议规定好的，增发的token全部进入现有validator的手中，再通过validator在市场上的售卖或是staking pool的分红分发出去，会不会有些似曾相识？

A: 这两者抽象到最后都是资本，pow是以资本开支和opex计算资本成本；pos是以抵押物市场价值计算机会成本。这两种成本都是不可逆的

我不赞同这种逻辑，忽略中间过程直接捅到本质恰好忽略了关键。过程是关键，过程会产生摩擦，过程会产生损耗。即使都是资本，资本的流动性和产生垄断的速度也是有差异的，协议是否能从垄断中回复也是有差异的，见前文。

A: 我不觉得PoS的持币者会一直不卖
A: 过度集中 谁会给生态贡献
A: 如果筹码90%在你手里 这个生态也就做不下去
A: 对你来说 高度集中持币是没有价值的
A: 你都垄断90% 代币，没有人给你交租

垄断也是可以建立生态的，腾讯、苹果都是例子。无论是历史还是经济学原理还是<从0到1>都很清楚的告诉我们，垄断才能获取暴利。

同时，垄断存在不代表 你知道有垄断存在 。token是世界上最具有流动性的资本，即使我拥有90%的token，我也会把它分散投入到100个staking pool里面去，而不会集中在一个staking pool里面。垄断者不会喜欢跳出来说“hey，我垄断了这个系统！”。

A: 潜在作恶垄断者会因为短期利益卖出token
A: 作恶就是为了短期利益
A: 即，潜在谋求短期利益垄断者会因为短期利益卖出token
B: 头部抵押者都被看的很清楚，解抵押了，或者提币去交易所了，本身会导致价格下跌，他还没砸呢，就已经反映了
A: 我也是这个意思，垄断者不作恶不也是安全的么[坏笑]

这里混淆了垄断和作恶的概念。作恶指的是显式的攻击，例如双花一笔交易，作恶是可以被观察到的，系统或者生态也可以作出相应的反制。 垄断是隐式的 ，垄断者不需要也不会攻击这个系统，但是它依然可以利用自己的共识权利获得更多的利益，正如前文说的，只要能操控交易排序，你就能操控一切。 

操控交易排序是无法被发现的 。在PoS系统中，操控交易排序也意味着操控未来的validator集合，意味着垄断地位可以轻易的维持，这是根据系统历史来保证系统安全的必然结果，这一点在PoW中是不存在的。

我们现在还没有找到一个方法可以在所有时间排除一切垄断的可能，但是PoW至少给了我们一个更长的时间维度上使得垄断难以存在的设计，我觉得这一点对于Layer1至关重要。

A: 第一点，pos链后来者为什么不能参与？买币比买矿机门槛低多了，pos里面长期存在垄断者这个结论我是不认同的，没有经济规模效应；2 攻击pos的成本比较，收购stake只是一方面，还有reputation系统，pos里面节点是非常在意自己reputation的，这个成本对节点是巨大的。

第一点问题中，垄断的问题上面已经有回答。关于门槛问题，我认为这是很多人甚至包括协议设计者常常犯的错误。区块链的首要目标是安全和去中心化，而门槛以至于一切易用性问题都不是区块链的目标。

在区块链协议里面讨论门槛问题就像是在说“你让普通人怎么去构造TCP请求包“一样，将不同层次的目标混为一谈。要降低门槛，提高易用性，我们可以在上层做很多工作，做钱包，做云挖矿，设计各种金融产品，为什么要在区块链协议里面考虑门槛的事情呢？

Nervos追求分层的协议架构，也是因为看到了易用性问题和安全问题必须分开考虑，易用性/门槛和安全从本质上就存在矛盾，强行扭在一起只会让我们一无所获。未来区块链协议的直接参与者一定是专业用户，这些专业用户通过搭建（可信的）服务、降低使用门槛、提供易用性来获取生态中普通用户的支持和收益。

第二点，reputation是一个无法量化，区块链协议也无法判断的东西。将区块链的安全寄托在reputation上，只会让区块链走回现有信任体系的老路。同时reputation还有 无法转让 的特点，基于一个无法转让的 事物建立安全模型，会不会又有些似曾相识？

A: 其实这里面有很多隐含的假设，如果一个pos链出现你说的一个cartel控制1/3的token，社区是可以通过应分叉fork out cartel；我不觉得一个pow链被51%算力控制的链，也面临同样严重的问题；另外我觉得节点隐藏最后长时间形成多数控制这种可能性是不大的；

将协议中解决不了的问题推给链外治理（注意在cartel控制1/3 stake并且产生足够大的威胁以至于社区想要fork的时候，链上治理已经没有用了）和硬分叉，确实可以解决一切问题，但这应该是一种成本极大的最后手段，不应该成为随便使用的工具，区块链的协议应该尽可能的避免陷入这个场景。

使用链外治理和硬分叉等价于承认协议的不足，需要人来接手了。我赞同一个区块链生态最终是需要人来治理的，但是我认为人介入的频率越低越好，如果不追求这一点，为什么还需要区块链呢？只有降低人参与的频率，协作的自动化成本才能降低，协作所需要的信任基础才能减小。

“节点隐藏最后长时间形成多数控制这种可能性是不大的”——只要时间足够长，无论多小概率的时间都会发生。金融市场的黑天鹅告诉过我们无数次了，愿我们的记忆不只是7秒。

A: xxx的筹码在不断分散
A: xxx 的钱包地址从ICO 1000多个，不到一个月上万个

根据top 100的地址或者top 20 staking pool的分散程度是无法证明token是分散的。道理很简单，我们谈论的都是无需许可(permissionless)的系统，地址代表的只是一个公私钥对而已，不代表一个身份。产生地址几乎是零成本的，存有stake的地址数量无法代表持有这些stake的是不同的用户。不要混淆地址和用户。

在PoS中，validator集合中的validator数目是无关紧要的，并不能代表stake分散。如前文所说，如果你有99%的stake，你应该把它们分散到100个甚至1000个validator上去。

PoW中同样会有算力集中在大矿工手中的问题，但是由于PoW的开放性以及系统没有给后来者制造劣势（见上文），这样的集中只会是暂时的，算力将在激烈的竞争中不停的从一个人手中转移到另一个人手中。PoW赞美竞争，PoW是一个开放的系统，只有开放的系统才可能远离热力学的终局，保持长久的生机。

PoS有其价值，也有其问题，因此无法适用所有场景。Layer 1的区块链协议必须使用PoW，只有使用PoW的Layer 1才能解决我们希望解决的问题，实现我们希望的未来。

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