没什么比 PoW 更便宜，Part-1

所谓的工作量证明 “替代者”，浪费 “工作量” 尤甚

简介：被浪费的资源

我之前写过一篇《关于工作量证明（PoW）和挖矿的文章》，它的前半部分引起了读者极大的兴趣，但是显然没有能够很好地说服大家。例如，CCRG（以太坊百万美元研究组织）中，几乎都是研究 PoS 的专家。

这里就展开说说，希望人们不再浪费 “工作” 在那些过时的想法上（也希望不要再有那么多的记者与自以为是的投资者继续炒作比特币作为网络货币的价值定位以外的东西）。

提纲

1、重新介绍核心原理（边际收益等于边际成本）

2、通过解释经济租金，将核心理论运用于解释人类的行为模式

3、解释为什么 >0 的经济租金无法与点对点货币共存

4、聚焦一些特例（Tendermint 共识，DPoS），假设他们能依照 比特币的时间表 发行

5、将理论推广至所有的（数字货币）发行方案

（重申）拍卖100美元，任何支付方式均可

我之前指出：

命题 A：每个区块产生 50 个新的比特币。

等价于：

命题 B：拍卖这 50 个比特币，价高者得。

在实际的经济主体中，生产活动会一直持续，直到边际成本等于边际收益。总的来说，每次哈希计算都消耗成本，并（在边际上）提高了矿工得到 50 个比特币奖励的可能性。任何行为（不光是哈希计算），只要能增加获得比特币的可能性，人们就会不断重复该行为，直到社会付出的总行为成本等于 50 个比特币的价值。

我们把上述理论应用到简单 PoS 上，就意味着 PoS 容易遭受 “权益研磨” 攻击。这（权益研磨）其实就是 PoW 的一种形式（“不断尝试不同的分叉链，直至找到一条会给你送钱的分叉”），只不过显然不具备累加性。由于 PoS 中的工作量无法量化（比特币中用难度系数进行量化），因此看不出来：付出的全部工作量 = 期望的区块奖励。

（译者注：权益研磨（Stake Grinding）即用户通过不断改变自己资金的形式来影响随机性、获得出块权，也包括不断在不同链上尝试出块。在早期的 PoS 系统中（一般都使用了 UTXO 和不那么复杂的共识算法）较为常见）

在 PoW 中，（出现的分歧）好比我们在 1000 个纽约时报的版本中，决定哪个明天发行；而在 PoS 中，（分歧）变成在一沓 60,000 份报纸中分辨哪个才是真的纽约时报。

那些被抛弃的分叉块（好比纽约时报的众多版本）将不为人知，但它们的生成消耗了工作量。随着时间推移，绝望的开发者只会让这种消耗的工作量越来越难以被看出来：所有提出的 PoW 替代方案，最终都可以视为隐式的 PoW。

我们会看到，用其他算法混淆 PoW 算法的工作量概念（即提高算法复杂度）的同时，并不会改变 “世界（真实）工作量” 与 “区块链所受影响” 之间的联结关系。最终，每个独立的 “矿工”（或不管叫什么）都将：[1] 计算预期收益，[2] 减去成本，[3] 不断付出“工作量”，直到收益等于成本。

“预期收益” 是整个系统中唯一可变更的参数（而非“预期成本”，成本跟随收益变动）。

“租金” 总是 使得产品成本（MC）等于产品售价（MR）

世界上所有的交易，都遵循 “边际成本” = “边际收益” 这一原理，也包括未来的区块链技术

测算成本 一个从事实务的人可能会立刻反对，认为在现实中 MC=MR 永远不可能 成立（比如：“我家附近的便利店卖的啤酒比其它地方的要贵”；“我做小生意时，每样售出的东西都会加价 3%，这样才能保障生意运转和家庭收入，我的 利润，尽管无法确切算出多少，也由此加价而来。”）

MC = MR 之所以永远成立，是因为经济学家测算 “成本” 的方式（也是唯一正确的方式）。特别是，当我们引入“租金” 这一概念时，等式将进一步细化为：MC_rent + MC_nonrent = MR。

校对注：对于熟悉价格理论的读者来说，这么说也许更清晰一些：每一单位的产品都需要生产者付出一定的边际成本，在可出售的情况下会带来一定的边际收益，而两者的差额即是产品对租金在边际上的贡献（或称 “边际租金”）。

这听起来像在骗人（对于不懂经济学的人来说），因此，争论前，我将首先介绍下经济租金的概念。对于点对点货币来说，公式两边通常都是 0（那些由央行或者中心检查点控制的货币则不同，其租金可能被强制设置为非 0）。

经济租金是什么？从何而来？

以下是经济学教科书的描述

假设有个卖家拥有某项专利（只有他能出售）。卖家会评估专利对客户的价值，给出 “售价 ɛ”，如果售价（边际收益 MR）高于他的成本（边际成本 MC），则它们的差额即为 “经济租金”。在这个假想的买卖中，MR-MC 的值决定了将专利“租赁”（给某人）的价格会是如何（校对注：反过来说亦然，因为假设了市场处在均衡状态）。尽管卖家自用就不必付租金，但是不租给别人时，他人愿意出的最高价格即是卖家的机会成本。因此，我们新的 MC （在不出租时乃是机会成本乃是出租可得的最高价格）必定等于 MR。

这样的成本测试方法，看起来有些刻意，却是唯一合逻辑的做法。假设你花费 1000 万美元研发了某种药物，它们的生产成本为 0.1 美元，售价为 200 多美元。这个情况下，药物的 “成本” 是 0.1 美元吗？为什么该成本对你而言与对其他老实支付专利费或者直接抄袭你研究成果的人要有所不同呢？

感冒药

我们再用个极端例子来解释下

当我感冒时，我的边际收益（获得的好处）相比感冒药的价格来说要高得多，我可能愿意花 50 美元来安度一晚。我是很幸运，但是，一星期的感冒药剂量还不到 5 美元。那么，是否 MR > MC？

经济租金仍然存在，只是这次从卖方转嫁到了我这（买家）。我的病情是私密的（只有我知道），而我还了解附近的药店和多种感冒药的信息（我是否知道药店信息这一事实也是私密的，只有我自己知道）。如果某家药店有办法知道我生病时求药心切的情况，并且能够阻止其它人帮我买药、阻止其它药店卖药给我，那么它就能对我实施价格歧视（获得所有经济租金）；对付药店的反制措施（在健康时囤药、找人代买、选择其它药店）都是我自己保有的实质选择权。如果药店 知道 我愿意 为 72 小时的药效支付 200 美元，它就会要价 200，但这个信息只有我自己知道，因此我自己租用了这部分信息，我受益于此而不用支付额外费用。

当看起来 MR > MC 时，实际情况是这样的：我买了一个单位的 “药物”，一个单位的 “生病信息”，获得了一个新产品 “感冒治愈”。我只有抱恙时才能获得该产品（药物对健康的我无效），没有药店能够等到我生病并阻止我（通过其它途径）获得该货物，而我却知道该药物能治愈我，等等。所以，仍然有， MC = 药物 + 生病信息租 = MR。

经济租金是私密的 只有与选择直接相关的 MC 和 MR 才会影响经济主体的行为。因此经济主体的决策过程是不忽略外部性的（这也是为什么外部性会带来这么多问题）。

经济租金随时间自行解体 当前，你可能不得不从某些人手中 “租赁” 某些东西，随着时间推移，你会开始寻找替代品（无法找到其它的卖家会增加你的成本，使你不得不通过 “租赁” 来获得 “哪里有更划算的交易” 的信息）。实际上，如果你有创业精神，则可以反其道而行之：通过打折提供那些客户需要的东西来获取其中的租金。如此，整个经济体将更合理地分配稀缺的创业能力和资本到需要它们的地方。

最后——

“经济租金” 意味着 “排他”，与 P2P 相矛盾

如果所有节点都是平等的，要如何选出所谓的次级节点？

经济租金是由卖家对某物的垄断引起的，使得交易对手不得不“租赁”该物。然而，“排他”的概念和 “点对点” 从根本上是矛盾的。

这个问题不只限于稳定状态下的协议运行过程中，也包括协议建立过程等其它各个方面。一个完全的 P2P 协议，从初始化到稳定运行状态都是点对点的。但是，如果一个协议期望获得租金，那么问题来了：哪些才是我们可以向其租赁的高级节点？为什么是它们而不是其它节点？我们为什么必须租赁？

目前 coinmarketcap 上唯一能赚取租金的是瑞波币（Ripple），因为它不是 P2P 的（它拥有特权节点和无可比拟的银行关系）

（校对注：在这里比较难确定作者的实际意思。最符合经济学理论的意思是：由于区块链是一个开放网络，没有准入门槛，因此市场竞争会不断消除其中的主体（无论是矿池还是矿工）在相关业务上可以获得的经济租金。经济租金为零的状态可能永远不会出现，但市场竞争会使整个行业不断朝向这一点运动。但作者拿 Ripple 来做对比，那就很费解了。）

我希望以上内容理解起来还算轻松。现在你已经有了理论知识，让我们回到原来的主题上。

一切都是 PoW

没有经济租金时，按照“25 BTC / 10 分钟”的发行速度，每 10 分钟， 整个系统要浪费 25 BTC。

为了简化，这一部分阐述中，我们假设所有 P2P 系统中，货币的发行速度都相同（即，每 10 分钟发行 50 个单位，每 4 年减半）。

下面我们来论述哪些对货币发行方案的改进是没有意义的。

与 “工作量” 无关的协议是否可能存在？ 如果一个虚拟货币系统，周期性地发行货币，却 没有 同时给出可以让用户 “浪费” 掉与新发行的货币等额价值的激励机制时（校注：也就是没有工作量消耗），系统就必须选择另外一种 与人类行为完全无关 的方式，来分配这些发行的货币。这种货币的奖励分配将与努力程度完全无关，且分配方式必须与所有可能受人为影响的事物的斯皮尔曼相关系数为零。

这是不可行的。使用软件这一决定 本身就是受人为影响的，而协议对非用户来说毫无意义。以上情况，使得货币分发要做到与努力程度无关，是完全不可行的。也使得所谓的“浪费”不可避免。

确认所有权的时间和付出工作量的时间不一致（并不重要） 考虑以下设计：【设计 1】预先随机地决定 50 个 BTC 的奖励归谁； 【设计 2】保留决定，先不分配，以后再说；【设计 3】事实上将这 50 个 BTC 分配出去。这样的话，当 MR （边际收益）出现时，我们没有什么实际的 “工作量” 需要付出，是这样吗？

不是这样的。

要付出时间。

的确，当 [3] 发生时，为了当前的 MR 付出 “工作量” 就为时已晚，但同时，这却是开始为未来的 MR 付出 “工作量” 的恰当时机。MR 和 MC 在不同时间出现其实无关紧要，它们通过比特币就联系到了一起。

（你知道吗，比特币的工作量证明奖励在之后的 100 个区块时间内，是无法被花掉的。这是因为，如果出现孤块，这些奖励会完全消失；而且矿工最有可能进行双花攻击。所以，密切留意这些币的归属是明智之举。）

还有随机性。

同样，当 [3] 发生时，短时间内为随机结果进行 “研磨”（直到找到能给你带来 MR 的随机数）为时已晚； 同样，[3] 发生时，也是为下一次的随机结果进行研磨的恰当时机（直到找到能给你带来下一次 MR 的随机值）。这就是比特币当前的工作方式。

（你是否知道，比特币使用了极其强壮的随机性，来选择新块的创建者。强壮的随机性避免了区块创建者的串通，并使得双花难以生效，也使得预测下个区块的创建者乃至创建时间绝无可能）

使 “工作量” 更有意义（不可行） 1. “我们将利用 PoW （产生的热量）做暖气”

首先，复用永远是聪明的做法；第二，人类确实需要热量；第三，如此安排也符合比特币的目标（实现类似 bittorrent 那种，能规避强权操纵的机制）

可是，这将如何影响 MC 和 MR？每 X 次的哈希计算，我们将希望获得（价值 100 美元的比特币） + （价值 5 元的热量），而不仅仅是（价值 100 美元的比特币）。如果之前的成本是 100 美元（达到硬件效率的极限），现在将会攀升到 105 美元（基于比特币的难度调整）。低效的矿工将淘汰出局，但最终的成本仍将是 100 美元（对应产生 95 美元的比特币 + 5 美元热量）

“挖矿暖气” 是又一种增加硬件效率的方式，它将导致更大的挖矿难度，增加每个区块的能源消耗。

2. “工作量证明算法是否可以不再是 double-sha-256，而是做一些对社会有意义的事，比如寻找素数”

这个观点听上去很合逻辑。矿工不会因为找到大素数而获得额外的报酬，因此不会增加 MR，那么 MC 也不会增加。但是我们整个社会，在没有增加 “我们” 成本的情况下，却获得额外的益处。这就是上面所谓的关注 “外部性” 的论点。

首先，这个观点是荒谬的，因为比特币本身就是对社会有益的（如果不是，挖矿就无利可图）。挖矿创造出我们熟知和深爱的网络；矿工们无从分享我的边际收益（当我使用比特币网络时，获得的隐私保护和成本节约），也无从分享社会财富的增加（多了一个使用比特币网络的选择）。

有些人认为，除了比特币已经实现的好处之外，它还应该改成 寻找大素数。跟他们说话你简直要怀疑他们是不是地球人。

其次，这个观点强调收益的外部性，这些收益是面向公众的，并不属于矿工。所以，矿工们也没有动力切换到并接受这样的系统。因此，那些愈是尝试减少浪费的计划就愈是不切实际的。

（未完）

原文链接: http://www.truthcoin.info/blog/pow-cheapest/

作者: Paul Sztorc

翻译&校对: Wuwei, IAN LIU & Elisa, 阿剑