尽管比特币的交易历史是使用工作量证明 (PoW) 安全地排序的，但它消耗大量电力，而且它一次可以处理的交易数量有限。因此，出现了专注于低能耗方法的新共识机制，其中最突出的是权益证明 (PoS) 模型。这些共识机制使计算机网络能够在保持安全的同时进行协作。
区块链网络需要解决几个问题才能有效运作。例如，由于没有银行或金融科技公司（如 PayPal）等中央机构，去中心化的加密货币网络必须确保网络中的各方不会多次花费同一笔钱。此外，共识机制可防止网络因硬分叉而脱轨。
然而，在像银行这样的中心化组织中，决策者或监管者委员会控制着此类活动。而加密货币是基于社区的，因此区块链必须达成共识才能验证交易和区块。
工作量证明和权益证明是目前去中心化金融 (DeFi)项目使用的两种主要共识机制，用于在加密货币网络上以加密方式达成共识。当中本聪(Satoshi Nakamoto)创建比特币 (第一种加密货币) 时，他们需要找到一种无需第三方参与即可验证交易的方法。为了实现这一点，他们采用了一种称为工作量证明的共识机制，让网络就哪些交易有效达成一致。
相反，权益证明 (PoS) 是一种现代共识方法，为较新的 DeFi 项目和加密货币提供支持。一些项目从一开始就采用 PoS，或者正在从 PoW 过渡到 PoS。然而，立即构建 PoS 共识网络是一个重大的技术问题，它并不像使用 PoW 获得网络共识那么简单。
什么是工作量证明？
工作量证明最早于 1993 年提出，用于对抗网络上的垃圾邮件和拒绝服务攻击。随后，中本聪 (Satoshi Nakamoto) 在 2008 年推广了 PoW 概念，用于验证比特币网络中的新区块。
PoW 是基于网络用户证明计算任务完成的能力。为了解答数学方程式，需要使用一些称为节点的计算能力，一旦方程式得到解决，链上的新区块就会得到验证。节点是任何物理设备，例如个人计算机，可以在其他工具的网络中接收、发送或转发数据。
最快解答数学难题的解题者将在当前区块和之前的区块之间建立加密链接，并获得一些新铸造的加密货币。这个过程被称为挖矿，解题者被称为矿工。正是通过他们的共同努力，区块链才能为所有参与方提供安全保障。此外，解决这个难题本身的计算任务被称为工作量证明。
PoW 如何运作？
区块链是由一系列按时间顺序排列的区块组成的系统，这些区块基于交易顺序（称为区块链排序）。创世区块（或区块零）是 PoW 区块链中的第一个区块，它被硬编码到软件中。根据定义，此区块不引用前一个区块。上传到区块链的后续区块始终引用前一个区块，并包含完整且更新的账本副本。
PoW 算法通过竞争性竞赛来选择谁可以使用新条目修改账本。在竞争性竞赛中，一些参与者或矿工被鼓励花费计算资源来提交符合网络规则的合法区块。账本会跟踪所有交易，并将它们组织成连续的区块，这样任何用户都无法重复使用他们的资金。为了避免篡改，账本是分布式的，允许其他用户快速拒绝修改后的版本。
实际上，用户使用哈希来识别篡改，哈希是一串长数字，可作为工作量证明。哈希函数是单向函数，这意味着它只能用于检查生成哈希的数据是否与原始数据匹配。
之后，节点验证交易，防止双重支付，并决定是否应将提议的区块添加到链中。使用同一种货币支付两次以欺骗这些资金的接收者的行为被称为双重支付。双重支付会对网络造成严重破坏，并消除其最有价值的功能之一：不变性、去中心化和无需信任。
工作量证明使双重支付变得异常困难，因为更改区块链的任何部分都将涉及重新挖掘所有后续区块。由于执行哈希函数所需的机器和电力价格昂贵，因此用户不可能垄断网络的处理能力。
此外，为了达成共识并确保区块链中记录的交易的合法性，PoW 协议将计算能力与加密技术相结合。
在哈希过程中，矿工竞相找到数学问题的正确答案，以生成新的区块。矿工通过猜测哈希值（一串伪随机数）来实现这一点。加密哈希值（例如 SHA-256）是一种文本或数据文件的签名。对于文本，SHA-256 提供几乎唯一的 256 位（32 字节）签名。
当与块中的数据结合并通过哈希函数处理时，哈希必须生成满足协议规定要求的结果。
赢得哈希值的矿工随后将其广播到网络，让其他矿工检查答案是否正确。如果答案准确，则将区块添加到区块链中，矿工将获得区块奖励。例如，目前比特币挖矿的区块奖励为 6.25 比特币。
PoW 的优缺点
PoW 的优点
在 PoW 中，矿工必须支付大量电力来解决复杂的数学难题并处理网络上的区块。电力用于为通过验证交易的过程（称为挖矿）生成数字资产的机器供电。此外，能源消耗对网络安全至关重要，因为它允许网络保持准确的交易记录并遵守指定的、可靠的货币政策。
此外，网络保持安全，因为欺骗区块链需要恶意行为者接管超过 51% 的网络计算能力。如果区块链在工作量证明系统中分叉，矿工必须选择是转移到较新的分叉区块链网络还是继续支持原始区块链。
为了支持两条区块链，矿工必须将自己的计算资源分配给分叉的两侧。因此，通过经济激励，工作量证明系统自然会防止不断分叉，并敦促矿工选择不希望损害网络的一方。
这些特征符合博弈论，在博弈论中，矿工必须采取战略行动来优化投资回报。就像有限理性国家一样，人们总是会选择最简单的解决方案。转移到新的链会让事情变得更加困难。因此，博弈论可以帮助寡头避免内部腐败并做出合理的决策。
PoW 的缺点
尽管有上述优势，但 PoW 在资源使用方面可能相当昂贵且效率低下。矿工必须应对各种费用，包括很快就会磨损的最新设备。挖矿往往会产生大量热量，并且可能会耗费高昂的电力，具体取决于矿工的位置。此外，当网络超载时，系统的交易费用会飙升。
此外，如果您容易受到 51% 攻击，或者您不是任何可互换哈希算法的最大代币持有者，那么持有较大代币的个人可能会利用他们的硬件来对付您，并将您淘汰，您将无法再获得奖励。
什么是权益证明？
2011 年，Bitcointalk 论坛上提出了一种新方法，旨在解决 PoW 共识机制的低效率问题，并降低运行区块链网络所需的计算资源量。这一概念不是执行有形工作，而是基于生态系统中可验证的权益的存在。
换句话说，为了验证加密网络上的交易，用户只需证明他们拥有一定数量的区块链原生加密货币代币。区块链网络用于实现分布式共识的这种共识机制称为权益证明共识机制。
例如，矿工 A 质押 30 个币，矿工 B 质押 50 个币，矿工 C 质押 75 个币，矿工 D 质押 15 个币。在这种情况下，矿工 C 将优先编写和验证下一个区块。与工作量证明中的区块奖励不同，矿工 C 将收取交易费，即网络费用。
PoS 如何运作？
创世区块是 PoS 区块链中的初始区块，也是硬编码到程序中的。上传到区块链的后续区块始终引用先前的区块，并包含完整且更新的账本副本。
在 PoS 网络中，矿工不争夺添加区块的权利。区块通常被称为“铸造”或“伪造”，而不是“开采”。
与 PoW 区块链不同，PoS 区块链不会根据能源使用情况限制谁可以提出区块。尽管 PoW 区块链对能源的要求很高，但权益证明等新颖的共识机制消除了挖矿的需要。
权益证明系统比工作量证明方案有几个优势，包括更高的能源效率，因为挖掘区块不需要太多能源。此外，您不需要最先进的技术来创建新的区块。权益证明使网络拥有更多节点。
网络中的节点越多，治理规范就越容易形成，从而更有效地抵御中心化。在 PoS 系统中，这是通过更高程度的硬件独立性实现的。因此，权益证明通常被视为最不可能导致网络中心化的共识算法。
如果用户希望参与 PoS 区块链的区块添加过程，则必须在特定合约中质押或锁定一定数量的网络加密货币。他们被选为下一个区块生产者的几率取决于他们质押的加密资产数量。如果用户行为恶意，他们可能会因此失去质押的资金。
PoS 可能包含其他决定因素，这些因素并不总是有利于最富有的节点，包括节点投入资金的时间长度以及纯粹的随机性。PoS 中的区块奖励是指区块链向提交有效区块的人授予的网络费用，类似于 PoW 机制。
在 PoS 中，区块选择基于代币所有权；因此，交易所提供质押服务，允许用户代表他们质押加密货币以换取更稳定的奖励。多个利益相关者可以加入质押池，以汇集他们的计算资源并最大限度地提高他们获得奖励的机会。换句话说，他们在验证和确认新区块期间集中他们的质押能力，以最大限度地提高他们获得区块奖励的机会。
PoS 的优缺点
PoS 的优点
PoS 解决了大量能源浪费的问题。此外，基于 PoS 的系统比基于 PoW 的系统更具可扩展性，交易批准速度更快。可扩展性意味着通过更改系统参数或改变其共识机制，系统可以实现比特定当前系统更高的每秒交易数 (TPS)。
PoS 网络通过在构建区块之前建立共识来实现可扩展性，这使得每秒可以处理数千个请求，并且延迟峰值不到一毫秒。
PoS 的缺点
另一方面，权益证明也有其自身的困难。例如，网络仍然受制于最重要的代币持有者的主导。这为早期采用者和资金最雄厚的人提供了更多权力。
由于这一概念仍然相对较新，它可能存在加密社区尚未意识到的缺点。与工作量证明不同，这种模式没有业绩记录。此外，分叉不会自动受到取证证明系统的阻止。当区块链分裂时，验证者将在新分叉的区块链上收到其权益的副本
当验证者在分叉的两边都签名时，就会出现“无利害关系”的困境，这使得他们有可能双重支付他们的货币并收取双倍的交易费作为回报。
工作量证明与权益证明
从前面的解释可以看出，这两种共识机制各有优缺点。它们都具有与上面列出的相同的基本目标，但它们使用不同的方法来实现它。
各种共识机制之间的关键区别在于它们如何授权和奖励交易验证。其他差异在下表中说明。
什么时候应该使用 PoW 或 PoS？
共识机制对于区块链网络的分布式设计至关重要，因为它可以降低负责验证交易的实体的集中度。要保持区块链网络的不可篡改、无需信任和分布式特性，需要一个功能齐全的共识机制。
所需的共识类型取决于网络的需求。例如，工作量证明是网络中防止欺诈、安全和建立信任所必需的。由于 PoW 提供的保护，矿工（或独立数据处理者）不会被交易误导。工作量证明是一种保护加密资产交易历史的方法，同时也增加了随时间更改数据的难度。
参与节点需要证明工作已完成并提交，才有资格将新交易添加到区块链，从而保护任何恶意活动。
如果网络上存在大量区块链副本，PoW 有助于识别最合法的副本。最后，工作量证明对于构建分布式时钟至关重要，它允许矿工自由进出网络，同时保持一致的运行率。
同样，网络性能和安全性是使用基于 PoS 的机制的重要结果。当每秒链上交易和实际网络转账结算需要高交易速度时，就会使用 PoS。此外，验证者可能拥有大量网络代币，这在经济上激励他们保持链的安全。
然而，人们对 PoS 和 PoW 的安全性提出了一些质疑。因此，一种称为空间证明的验证机制（或 Chia 项目）被创建来安全地验证交易。Chia 使用空间证明和时间证明共识机制来解决困扰 PoW 和 PoS 区块链的一些中心化问题。
