Vitalik Buterin親筆撰文： PoS 與 PoW 的安全性優劣比較_ASI:VETH

原文標題：《Vitalik：權益證明?vs.?工作量證明?(2020?年?11?月)》

作者：Vitalik?Buterin，以太坊創始人

本文原由?Chih-Cheng?Liang?和?Hsiao-wei?Wang?翻譯為繁體中文，由于表達習慣不同，考慮到簡體中文讀者的閱讀體驗，ECN?對本文進行了簡體轉化和二次校對。權益證明?(Proof?of?Stake,?PoS)?在區塊鏈安全性上優于工作量證明?(Proof?of?Work,?PoW)?的關鍵因素主要有三。

權益證明在同樣成本下可提供更高的安全性

理解這點最簡單的方式就是把權益證明和工作量證明擺在一起看，假設每天有?$1?的區塊獎勵，攻擊此網絡所需的成本是多少。

基于?GPU?的工作量證明

你可以便宜租到?GPU，所以攻擊網絡的成本就只是租到足夠的?GPU?算力以超過現有的礦工。每產生?$1?的區塊獎勵，現有礦工的成本將近?$1?(如果成本高于?$1，礦工就會因為無利可圖而退出，反之新礦工就會加入進來獲取利潤)。因此，攻擊網絡的成本只需要高于?$1/?天，而且可能只需要持續幾個小時。

總攻擊成本：~$0.26，且因為攻擊者可以收到區塊獎勵，所以這個數字還有可能壓到零。

某鯨魚/機構地址在3小時前將3.7萬枚ETH轉入幣安:金色財經報道，據推特用戶余燼監測，某鯨魚/機構地址在3小時前將3.7萬枚ETH(6863萬美元)轉入幣安。該地址曾在2021年12月-2022年3月期間從OKX和Huobi提出9.8萬枚ETH，均價3693美元，去年9月轉移至0xBf7開頭地址。目前該地址仍持有60301枚ETH(1.11億美元)。[2023/7/26 16:00:10]

基于?ASIC?的工作量證明

ASICs?其實是資本成本：當買進?ASIC?時你預期大概可以用兩年，因為它會慢慢耗損或是被性能更好的硬件取代。如果一個鏈被?51%?攻擊了，社群大概會更換?PoW?算法來做出應對，而這時你的?ASIC?就會失去價值。平均而言，挖礦成本約為?1/3?的經常性成本與?2/3?的資本成本?(詳見此處)。

因此，每?$1?的區塊獎勵上，礦工每天會花?~$0.33?在電力與維護上，并花費?~$0.67?在他們的?ASIC?上。假設?ASIC?可以用大約?2?年，礦工會需要為單位?ASIC?硬件花費?$486.67。(譯注：$486.67?=?365?天?x?2?x?$0.67?資本成本)

總攻擊成本：$486.67?(ASICs)?+?$0.08?(電力與維護)?=?$486.75

派盾：Sturdy Finance被攻擊根本原因在于cB-stETH-STABLE價格預言機存在漏洞:6月12日消息，據派盾分析，Sturdy Finance被攻擊的根本原因在于計算cB-stETH-STABLE資產價格的價格預言機存在漏洞。

今日早些時候消息，據派盾監測，DeFi借貸協議Sturdy遭黑客攻擊，此次攻擊或通過價格操縱實行，攻擊者已將442.6枚ETH（價值約77萬美元）轉至Tornado Cash。[2023/6/12 21:31:15]

(譯注：此處電力與維護成本也是假設攻擊時長?6?小時)

話雖如此，值得注意的是?ASICs?(相較?GPU)?帶來較高的安全性是以中心化的高代價換來的，因此加入?ASIC?挖礦的門檻也非常高。)

權益證明?Proof?of?stake

權益證明的成本幾乎是百分百的資本成本?(抵押的幣)；唯一的營運成本是運行節點的成本。這樣人們會愿意為每天每?$1?的區塊獎勵鎖住多少的資金呢？不像?ASIC，抵押的幣不會貶值，而且當你不想抵押了你還可以在一段短時間內取回質押金。因此，參與者應該會愿意為同樣程度的獎勵付出比?ASIC?的情況更高的資本成本。

讓我們假設?~15%?的報酬率足夠吸引人們抵押?(這是?eth2?的期望報酬率)。因此每天?$1?的區塊獎勵會吸引相當于?6.667?年報酬的抵押，或換算為金額為?$2,433?。節點消耗的硬件與電力成本很小，每一千元的電腦可以抵押成千上萬的資產，而且每月?~$100?的電力與網費也算足夠。但保守來說，我們假設這些經常性成本是抵押總成本的?~10%。所以我們只有每天?$0.90?的區塊獎勵對應到資本成本，因此我們還要把上面的數字減少?~10%。

Hut?8?Mining：公司持有的比特幣總儲備為9,133個:金色財經報道，比特幣礦企Hut?8?Mining：截至3月31日，公司持有的比特幣總儲備為9,133個。2023年3月共產生131個比特幣，平均每天生產率約為4.2個比特幣。[2023/4/5 13:45:59]

(譯注：6.667?年?=?$1?/?(15%?年報酬）；$2,433?=?$1/?天?x?365?x?6.667)

總攻擊成本：$0.90/?天?*?6.667?年?=?$2,189

長期來說，這個攻擊成本會預期會更高，因為抵押會變得更有效率，而且人們也會更能接受較低的報酬率。我個人預期這個數字最終會攀升到?$10,000?的程度。

取得這么高程度安全性的唯一「代價」就是在質押期間不方便隨意轉移質押金。甚至有可能因為人們認知到這些被鎖住的幣會造成幣的價值攀升，所以在社群流通的貨幣總數，或是能做有生產性投資的資金，都能維持不變。反觀?PoW，維持共識的「代價」是瘋狂地損耗大量電力。

更高安全性或更低成本？

注意我們有兩種方式可以運用這個增加?5-20?倍的每單位成本安全性。一種方式是區塊獎勵維持現狀，并受益于增加的安全性。另一種方式是維持現有程度的安全性，并大量減少區塊獎勵?(也就是減少共識機制成本的「浪費」)。

灰度CEO：整個加密行業都在要求明確的監管框架:金色財經報道，Grayscale首席執行官Michael Sonnenshein在最近接受CNBC采訪時表示，整個加密行業都在要求明確的監管框架。這也關乎美國的競爭力，而不是浪費創新，因此我們呼吁各方采取行動。Sonnenshein針對美國SEC拒絕其將灰度比特幣信托（GBTC）轉換為交易所交易基金的申請一事評論稱，這些期貨合約從哪里獲得定價？來自基礎比特幣市場。這與 GBTC 等比特幣現貨 ETF 的定價相同。因此，這里的想法存在根本性缺陷。

Sonnenshein希望GBTC不會陷入 SEC與其姊妹監管機構CFTC之間關于誰對加密擁有管轄權的十字路口。[2022/10/12 10:32:44]

兩種方式都行。我個人喜歡后者，因為我們下文會看到，比起工作量證明，在權益證明中一個成功的攻擊能夠造成的傷害更少，而且更容易從攻擊中復原。

權益證明更容易從攻擊中復原

在工作量證明的系統，如果你的鏈遭受?51%?攻擊，你會怎么做？目前為止，實踐上唯一的應對方式一直是「慢慢等，直到攻擊者覺得無聊」。但這忽略了一種更危險的攻擊叫做「重生點埋伏攻擊?(spawn?camping?attack)」，攻擊者可以對鏈攻擊再攻擊，明確的目標就是要讓鏈無法再使用。

Elrond網絡遭黑客攻擊，被盜EGLD價值超165萬美元:6月7日消息，Elrond網絡近日遭黑客攻擊，超165萬美元EGLD被盜，部分并已通過去中心化交易平臺Maiar出售，引發Maiar停機維護，部分發送至Binance。截至目前，無法確定漏洞利用原因，或與交易平臺或網絡端有關。竊取資金后，黑客曾進行地址轉移，暫未采用混幣方案。（U.today）[2022/6/7 4:08:47]

(譯注：重生點埋伏是一種游戲術語，在對方玩家陣亡重生的地方埋伏，造成對方玩家一重生就再陣亡，毫無回擊能力。)

基于?GPU?的系統完全沒有防御的辦法，而且持續攻擊的攻擊者可以輕易讓一個鏈永遠毫無用處?(或更實際一點，轉移到權益證明或?proof?of?authority?權威證明)。實際上，在攻擊開始后的前幾天，攻擊者的成本就會變得非常低，而誠實礦工會離開，因為他們沒辦法在持續攻擊之下取得區塊獎勵。

在基于?ASIC?的系統，社群有辦法應對第一波攻擊，但接下來的攻擊就會變得很容易。社群可以在第一波攻擊之后，硬分叉來更換工作量證明的演算法，也就是把所有?ASIC?「變磚」。但如果攻擊者愿意承受自己?ASIC?變磚的成本，接下來的情況就和?GPU?的情況一樣?(因為還沒有足夠的時間去為新算法制造與生產?ASIC)，所以在這之后攻擊者可以很便宜地持續重生點埋伏攻擊。

譯注：變磚為電子產品俚語，代表損壞后無法使用，像磚頭一樣。權益證明的情況，情況則變得非常開朗。針對一些種類的?51%?攻擊?(特別指想要推翻已經敲定的區塊)，權益證明共識有內建的?「罰沒」?(slashing)?機制，大比例的攻擊者抵押會被自動銷毀?(而且不會銷毀到其他人的抵押)。

針對其他種類的，更難偵測的攻擊?(特別指?51%?合謀截斷其他人信息)，社群可以協調一個「?少數使用者發起軟分叉?minority?user-activated?soft?fork?(UASF)」，可以大量銷毀攻擊者的資金?(在以太坊中，可以透過「消極懲罰?inactivity?leak」做到）。不需要采取「硬分叉刪除貨幣」措施。除了?UASF?需要人為協調要選擇哪個少數區塊，其余事情都是自動化的，只要遵照協定規則去執行即可。

譯注：少數區塊?minority?block?是小于?51%?抵押總數的驗證者決定出來的區塊。因此，對鏈的第一次攻擊就會耗損攻擊者幾百萬美元，而且社群可以幾天內馬上站穩腳步。第二次攻擊仍然會花費攻擊者數百萬美元，因為他們需要買新的幣去取代舊的已經燒毀的幣。再攻擊第三次，就會再燒更多的數百萬美元。局面極為不對稱，而且優勢并不會在攻擊者那邊。

權益證明比?ASIC?更去中心化

基于?GPU?的工作量證明還算合理地去中心化，因為取得?GPU?不會太難。但前面提過，基于?GPU?的挖礦難以滿足「在攻擊之下的安全性」這個準則。另一方面，基于?ASIC?的挖礦，則需要數百萬美元的資本?(而且如果你的?ASIC?是買來的，多數時候，制造商會占更多便宜)

這個資本門檻會是回答「權益證明代表富者更富」這個常見論點的答案：ASIC?挖礦也是富者更富，而且這個局面下，富者更占據優勢。權益證明的最低抵押門檻在相比之下算是很低，而且許多一般人更有機會進入。

(譯注：就文章完成當下?440?USD/ETH?的價格來看，最低抵押門檻大概是?9.3?萬人民幣。)

進一步說，權益證明更能抵抗審查。GPU?挖礦和?ASIC?挖礦很容易偵測，他們需要大量電力消耗、昂貴硬體采購、及大型廠房。另一方面，權益證明可以跑在一臺不起眼的筆電上，甚至也可以透過?VPN?做。

工作量證明可能的優勢

我認為?PoW?有兩大主要優勢，但這些優勢其實有相當的限制性。

權益證明更像個「封閉系統」，長期而言財富更加集中。

在權益證明中，如果你有一些幣，你可以抵押那些幣，并且獲得更多同種類的幣。而在工作量證明中，你總是可以獲得更多幣，但你需要一些外部資源來達成。因此，人們會認為長期而言權益證明的幣的分配會更集中。

我的回應是，在?PoS?中，報酬一般而言會很低?(所以驗證者的獲利也會低)。在?eth2，我們預期驗證者的年收益率會相當于總?ETH?供給量的?~0.5-2%。而且更多驗證者抵押，利率會更低。因此，可能要花個一世紀，整個資產集中程度才會翻倍，而且在這樣的時間跨度之下，其他促進分配的壓力?(人們想花他們手上的錢，分配資產到慈善或他們自己的子孫等等)?比較可能會占上風。

權益證明需要「弱主觀性」?(weak?subjectivity)?而工作量證明不需要。

關于「弱主觀性」的概念可以看這個原始介紹。本質上，就是節點在第一次上線，或是在離線很長一段時間之后?(數個月)?再次上線，這個節點必須要透過第三方的資源，才能決定正確的鏈頭在哪。這個第三方可以是他們的朋友、可以是交易所或區塊鏈瀏覽器、或是客戶端開發者本身、又或是其他角色。PoW?則沒有這樣的要求。

然而，這可能是一個很弱的要求。事實上，使用者本身就已經必須對客戶端開發者、或「社群」有這種程度的信任。最起碼，使用者必須信任某個人?(通常是客戶端開發者)?來告訴他們協議是什么，這個協議曾經經歷過什么更新。這在任何軟件應用中都無法避免。因此，PoS?的邊際信任成本仍然很低。

但就算這些風險最終會發生，對我而言?PoS?系統仍然利大于弊：更高的效率、應對攻擊并從攻擊中復原的能力更強。

參考來源：Proof?of?Stake?FAQ一種?Proof?of?Stake?設計哲學來源鏈接：vitalik.ca

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