基于区块链的加密货币管理方式将很快发生变化

管理比特币和其他加密货币运行的工作量证明(Proof of Work)算法已经被证明速度太慢并且成本过高。因此,开发人员正在考虑一种更快、更有效的算法:权益证明(Proof of Stake)。

区块链分布式账本的工作原理是,把电子记录链连接在一起,每一个都与之前的电子记录紧密相连;只有在完成共识过程后,才能添加一组新的条目或者“区块”,通过哈希标签加上时间戳。

用于验证区块链上的新条目和管理网络变化的两个最流行的机制或者协议是工作量证明(PoW)和权益证明(PoS)。

顾名思义,PoS共识模型支持那些拥有最多数字货币(权益最多)的人去管理加密货币或者业务区块链账本。然而,到目前为止,最流行的基于区块链的加密算法——比特币、以太坊(Ether)和莱特币(LiteCoin),已经使用PoW作为它们的共识机制。

但这种情况可能很快就会改变。

工作量证明协议

原因如下。采用PoW算法,计算机不得不消耗大量的CPU资源来对复杂的基于密码的方程进行求解,然后才被授权把数据添加到基于区块链的加密货币中;那些最快解出方程的计算机节点会被奖励数字货币(例如,比特币)。通过PoW赚取加密货币的过程被称为“挖矿”,就像比特币挖矿一样。

问题是:PoW过程消耗大量的电力,处理器要不间断运行,还需要为专用于挖矿运算的服务器群进行散热。这些挖矿运算要占用大量的电力,以至于城市甚至国家开始对挖矿运算进行严格的控制。

由于解决数学难题涉及到的过程太长,PoW协议会非常慢;因此,批准某一业务的分布式账本或者加密货币网络(例如,比特币)上的新条目可能需要10分钟甚至更长的时间。

想象一下,要等待10分钟才能在网络上完成一笔金融交易的清算。

权益证明协议

相比之下,PoS算法可以在几秒钟甚至更短的时间内完成区块链新条目。

卡内基梅隆大学(CMU)的计算机科学系副教授Vipul Goyal评论说:“权益证明算法的确有可能取代工作量证明算法。然而,在这种情况发生之前,仍然需要克服一些重大的研究难题。”

例如,去年以太坊在测试网上引入了一个名为“Casper”的PoS机制(就像Casper中的友好小精灵)。PoS共识协议创建了“绑定验证器(bonded validator)”,用户在被允许加入区块链共识或者投票社区之前,必须放置安全保证金。只要绑定验证器在区块链上能够诚实地工作,那么他们就可以留在共识社区;如果他们试图欺骗系统,就会失去他们的权益(他们的钱)。采用以太坊的Casper PoS系统,共识机制在大约四秒内就能完成新交易。

据Goyal,虽然PoW算法使用起来相对简单,但PoS协议面临一些微妙的挑战,其中最困难的就是所谓的“后期腐败”。所谓的这些腐败可能会破坏区块链的真实性。

假设区块链上的一些参与方持有大部分权益,然后出售这些权益。在PoS系统中,这些实体仍然可以持有过去授予它们管理权限的密钥,并使用这些权限脱离当前区块链而创建一个新的区块链(称为分叉“Fork”)。Goyal说,实际上,他们仍然持有自己的权益资金,就像从未出售过一样。

Goyal说:“这个问题只出现在权益证明中,而且看起来很难处理。由于这些问题,以太坊一再推迟切换到权益证明,除非他们能找到满意的解决方案。”

据Reed Smith LLP律师事务所的一份研究报告,对PoS的另一种批评是,一名挖矿者的权益数量意味着权力有可能集中在少量的节点上,从而增大了被篡改的风险。

区块链是怎样治理的

Forrester Research公司首席分析师Martha Bennett表示,在合适的治理模式上达成协议是任何企业区块链计划面临的最大挑战之一。她说:“我知道有些项目由于无法达成协议而导致暂停,甚至从未实施。”

数字货币网络Decred的创建者Jake Yocom-Piatt认为,最好的治理模式应同时采用PoW和PoS机制。

Decred使用随机的“投票”系统,允许经过加密验证而且在网络上拥有数字货币的用户加入共识社区。

Yocom-Piatt说:“并没有使用传统的权益证明——每隔一段时间都会要求你参与进来,选择加入系统(opt-in system)允许你主动自愿地参与到系统中。”

就像传统的彩票或者任何与投机相关的游戏,有一个随机过程,从成千上万的人中选择五个持票人,他们可以对前一个区块的工作量证明进行投票,即,确定它们是真实的还是恶意的。

Yocom-Piatt说:“投票要求有一台联网的计算机进行投票。如果你投了票,就会得到奖励——数字代币。”

Decred的系统对其PoS投票者非常尊重,因为是由他们批准区块链上的PoW条目。

Yocom-Piatt说:“如果您是工作量证明挖矿者,正在玩游戏,给我们的网络带来了问题,网络上的相关方可以惩罚您,收回对您的奖励。Yocom-Piatt在提到新软件版本和其他区块链变化时,指出,“您也可以针对共识规则的改变进行投票。这用于加密货币重大决策的解决争议和决策机制。”

PoW和PoS有什么不同

建立在一个PoW系统之上的区块链分布式账本需要大量的处理能力才能完成随机但相对困难的数学方程,以证明该节点是合法的。它类似于在CAPTCHA测试中填充字符的人。

投入了大量时间和资源,使其运行区块链网络的成本非常高,甚至超出了本身所带来的价值。

相比之下,顾名思义,权益证明协议允许那些拥有最多数字货币或者数字硬币的人对新的数据区块进行身份验证。投票是用你持有的硬币来完成的,而不是拥有的计算能力。

PoW和PoS也是区块链网络的治理模型。在对区块链进行任何更改之前,必须在大多数节点之间达成社区共识或者协议。例如,在将软件更新应用到区块链之前,必须经过大多数节点的同意;这就是所谓的共识机制或者算法。

Goyal说:“这与公司的股东投票非常相似:你拥有的股票越多,你的投票就越重要。如果某人获得了系统中的大部分股权,他们基本上可以决定从此之后发生的事情。”

公有区块链和私有区块链

然而,如果一个节点甚至一小部分节点接管了管理工作,那么公有区块链或者开放区块链就会失去价值;因此,为了确保对控制功能公平的进行分配,加密货币的区块链就应运而生了。

比特币、莱特币、以太坊和其他公有区块链网络也依赖于由软件开发人员核心组领导的一种“非正式”的治理形式。Bennett说:“随着这些平台的发展,这就给怎样展开治理带来了巨大的挑战。”

相比之下,Linux基金会创建了开源区块链平台超级账本(Hyperledger),用于企业在分布式账本上交换数据,这意味添加哪些特性、怎样添加以及何时添加等决策,社区在活跃的开发人员中选举产生工作小组,由他们做出这些决策。

治理模型允许区块链临时或者永久地进行拆分或者“分叉”,从而创建新的区块分支。硬分叉是前面区块链永久性的分支;软分叉是暂时的变化,也是向后兼容的。想象一下,一辆火车通过道岔改变轨道;在区块链中,这种道岔是由区块链服务最有权的人控制的。

不同的区块链及其加密货币可以使用不同的PoW或者PoS协议:例如,比特币使用Hashcash PoW算法,而莱特币使用scrypt。

据Goyal,有几种基于PoS的小规模的加密货币,例如,peercoin,但这些在规模上还不能与比特币和以太坊相提并论。

加密货币是公有区块链,因为任何人都可以参与其中;没有中央权威和管理者。使用网络的人通过投票批准新的区块或者改变软件来决定其治理。

区块链也可以是私有的或者“要经过许可的”,采用集中管理,只允许在一组预先经过审查的用户之间使用。使用区块链在内部或者预先审查的业务伙伴之间共享数据的企业都属于经过许可的分布式账本。

还有其他的共识算法,其中一些比其他算法更有前景。例如,空间证明(Proof of Space),根据一个节点有多少数据存储空间来分配投票比例。Goyal说:“我知道正在开发的一些系统看起来很有前途。”

按照Bennett的说法,还有PoET(用时证明,Proof of Elapsed Time),以及一整套其他的“证明”算法,其中大部分目前尚未被证实。

其他的包括Tendermint和Algorand,而共识模型包括了不同的拜占庭容错算法,以及Robein和Gossip协议等协议。

Bennett说:“其中很多并不是新的,只是用了新的方式。所有共识算法都有取舍;这些通常是围绕可扩展性和机密性进行的。”

虽然PoW和PoS有其优点,但从一个变化到另一个将被视为对当前区块链的硬分叉,这对于已有的投资将产生相当大的影响。但是,能够提高可扩展性、速度和效率最终可能要求业界认真考虑改变方向。(Charles编译)

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