什么是权益证明共识算法？

在2011年，权益证明共识算法在Bitcointalk论坛上被提出，以解决当时最流行的共识——工作量证明中出现的问题。尽管这两者都有一个共同的目标：在区块链中达成共识，但是它们达到目标中的过程却截然不同。

Sunny King 和 Scott Nadal 于 2012 年撰写的学术论文首次引入了权益证明(PoS)的概念，而且一开始就被设计成是浪费型比特币协议的替代方案。自此以后出现了很多不同的共识算法。正如工作量证明(PoW)一样，替代共识算法存在一些问题，导致原始协议出现了许多改编版本。

总的来说，权益证明算法主要分为两大类：一类基于区块链，另一类基于拜占庭容错(BFT)。基于区块链的权益证明验证者是通过伪随机的方式选出来创建下一个区块的。在基于拜占庭容错的权益证明中，提议下一个区块以及创建下一个区块的行为是分开的。之后，多轮投票机制会决定最后是哪个区块被添加到区块链上。与基于区块链的权益证明不同，拜占庭容错共识不依赖于区块链的长度或大小。对一个区块的共识可以仅限于这个区块本身。重要的是要记住权益证明设计会带来天差地别的选择，以及共识算法的区分有时并非那么绝对，因为一个项目可以在很大程度上是基于权益算法的，不过也包含拜占庭容错的成分(如 Casper 或 Neo)。

它是如何工作的?

权益证明使用伪随机选举来选择作为下一个区块验证者的节点，基于包括币龄，随机化和节点资产等多种因素。

值得注意的是，在权益证明系统中，区块被称为“锻造”而非挖掘出来。使用权益证明的加密货币通常首先销售一些预先开采的硬币，或是在启动时先使用工作量证明算法，然后切换到权益证明。

在基于工作量证明的系统中，矿工的奖励是越来越多的(被挖出的)加密货币，而权益证明的系统中奖励通常是交易手续费。

想要参与到锻造过程的用户需要先将一定数量的币在网络中锁定作为他们的股权。一个节点股权的多少决定了它被选为下一个区块验证者的机会 - 股权越多，机会越大。为了防止在这个过程中网络不会偏向最富有的节点，选择过程中有一些特殊的步骤。两种最常用的方法是“随机区块选择”和“币龄选择”。

在随机区块选择中，通常通过查找同时有最低的散列值和最多的股权的节点作为验证者，由于股权的数量是公开的，因此下一个锻造者可以被其他节点预测。

币龄选择根据股份的时间长短选择节点。币龄的计算方法是作为股权的币的数量乘以作为股权的天数。一旦一个节点锻造了一个区块，它的币龄就会重置为零，并且还需要等待一定时间后才能锻造下一个区块 - 这样防止股权多的节点垄断区块链。

每一个使用权益证明算法的加密货币都有自己的一套它们认为对自己和用户最好的规则和方法

当一个节点被选为锻造下一个区块时，它首先将检查块中的事务是否有效，然后对块进行签名并将其添加到区块链中。作为奖励，节点获得了这个区块中事务的手续费。

如果一个节点想停止锻造者的身份，那么它的股权和所得的奖励将在一段时间后被释放，从而使网络有时间验证该节点是否向区块链中添加了假区块。

安全性

股权是让节点不验证或者伪造假交易的财务激励因素。如果网络检测到假的交易，则锻造该交易的节点将失去其部分股权以及将来作为锻造者参与的权利。所以只要股权高于获得的奖励，验证者尝试欺诈时的损失将高于可获得的收益。

为了有效地控制网络并批准伪造的交易，节点必须拥有网络中大多数的股权，这也被称为51%攻击。为了获得对网络的控制权，个人需要获得当前加密货币51%的循环供应量，考虑到加密货币的价值，这相当的不切实际。

权益证明算法的主要优点是能源消耗和安全性。更多的用户有动力运行节点，因为它简单且经济实惠。这与随机化的过程一起使得网络更加分散，因为不再需要矿池来挖矿。此外，由于不需要产生新的货币作为奖励，这有助于保持加密货币的价格更加稳定。

值得注意的是，加密货币行业的发展和变化十分迅速，还有许多其他的算法和方法正在开发和实验中。

第一代权益证明：(基于区块链的)代币

针对浪费型工作量证明协议，Sunny King 和 Scott Nadal 在 2012 年创造出了一个更加环保的加密货币，即 Peercoin 。Peercoin 分享了很多源代码和技术实施方案给比特币。在创生方式上，它与新代币存在根本差异。Peercoin 使用的是权益证明/工作量证明的混合型系统，这意味着一些代币是在个人持有量的基础上被创造出来的。每年，Peercoin 持有者手中的代币数量将增长 1%。Peercoin 存在的问题是没能激励代币持有者果断选择某一条链。相反，代币持有者可能会在不需付出任何代价的情况下给多个有冲突的区块投票，从而破坏安全性。这就是所谓的“无利害关系问题”。 工作证明会避免挖掘多个区块，因为矿工必须将自己的算力一分为二并且造成资源浪费。

第二代权益证明：(基于区块链的)以太坊 Casper

虽然以太坊目前是基于工作量证明共识算法运行的，该项目的长期策略是将 Casper 从工作量证明过渡到权益证明。Casper 的第一个版本 the Friendly-Finality-Gadget (FFG) 采用的是工作量证明/权益证明的混合型系统。Casper 试图解决上一段中形容的权益证明共识算法中的“无利害关系问题” 。点点币的主要问题是只奖励出块，但没有惩罚措施。签署任何区块都不会受到惩罚，代币持有者可以签署链上的所有分叉。其中包括想要撤销有效交易的恶性分叉。如此一来，不管哪条分叉赢了，下注的人都会得到奖励。Casper 会通过惩罚参与者来抑制伪造者在所有分叉上下注的倾向。如果验证者签署了两个有冲突的区块头，其权益将受到全部或部分削减。

混合工作量证明和权益证明的 Casper 初始版本将于 2018 年年末推出。

一些权益证明项目：Peercoin、Qtum、Ethereum

授权型权益证明

主要的设计差异在于系统是否允许代币持有者授权其他参与者代表代币持有量较少的人下注。授权型权益证明(DPoS)被提议用来作为一种激励代币持有者继续参与该系统的方式。正如我们在这篇关于中心化的博文中讨论过的那样，因为代币持有量大的人利润率更高，区块链上可能会出现中心化。为了确保能将协议中的权益集中起来，授权型权益证明的使用者会被鼓励将他们的代币授权给拥有更多权益的人。作为回报，他们可以从协议那里得到部分权益奖励。授权型权益证明的一个明显特点是它将对网络的控制集中起来，从而导致少量节点控制大部分网络。与此同时，这对代币持有者来说可能更加方便了，因为他们不一定要通过授予控制权的方式来做出每个治理决策了。

一些授权型权益证明：Ark、Lisk、Waves、Tezos、BOScoin

BFT 权益证明

要理解 BFT(拜占庭容错)，重点是明白它要解决什么问题：拜占庭将军问题。因此 BFT 算法就是在哪怕 1/3 (小于等于 33%)的验证者都下线或是与其他人对立的情况下仍然能实现共识的算法。然而，这也意味着要求网络中 2/3 的人都是诚实的。因为共识并不依赖于前面链的长度，而会在验证区块的每一轮中达成。不仅如此，因为 BFT 共识算法倾向于节点间的一致性而非可用性，它们可以用于管理非同步的网络。基于链的权益证明算法刚好相反，依赖于网络的同步性。

一些 BFT 项目：Tendermint、Ripple、Stellar