PoS 验证器能否成为区块链的可持续模型？

随着权益证明（PoS）和工作量证明（PoW）区块链之间的竞争日益激烈，为了保持有效的共识，这两种协议的验证机制和激励结构自然受到了极大的关注。

特别是以太坊多年来一直在计划将其区块链从 PoW 共识过渡到 PoS 共识，作为其“Serenity”升级的一部分。

最近，币安还发布了其即将推出的“去中心化”交易所的详细信息，该交易所将依靠 11 个验证节点（全部由币安控制）来确认交易所的交易。 该公司因称其交易所是去中心化的，并且自信息公开以来一直处于守势而受到抨击。

Cosmos 和 Polkadot 等跨链项目分别利用 Tendermint BFT 和 DPoS 共识模型来吸引区块链支持者实现互操作性和快速确认共识（Cosmos 正在准备其主网 Cosmos Hyb 上线）。 虽然基于 PoS 的加密货币网络提供了比 PoW 更好的能源效率和更快的终结性，但它们尚未得到大规模验证，并且它们受到各种攻击向量和激励措施的影响，存在很多问题。

此外，虽然大多数跨链项目都专注于使用验证器在其网络上达成共识，但仍有一些项目以巧妙的方式使用 PoW。 例如，Block Collider 使用优化版本的中本聪共识（Nakamoto Consensus）来实现多个区块链之间的互操作性，这不需要将其安全模型更改为 PoS 或使用验证器。

PoW 是一种可持续的共识算法，从比特币区块链开始使用比特币私钥验证，并经过全行业的检验。 因此，我们有必要评估一下基于 PoS 的加密货币网络在快速发展过程中可能遇到的一些困难。 .

无数种验证方式

在不同 PoS 网络的共识中，他们经常使用不同的名称来命名他们部署的验证器机制——从“hubs”到“masternodes”。 然而，它们都使用类似的设计模型，其中它们的验证器“验证”或“生成”块的频率与它们在网络中持有的原生代币数量相关，以确保网络的有效状态。

这里的验证者取代了 PoW 区块链网络中矿工的角色，鼓励系统中诚实的验证行为，因为在执行任务时，验证者的份额（代币）被锁定在网络中。 他们将因诚实的验证工作而获得网络中的原生代币奖励，但如果他们的行为是恶意的，他们的股份将被削减或扣除。

如果你想深入了解PoS验证系统的机制，Vitalik Buterin提供了以太坊的CBC Casper（PoS）机制的解释，以及PoS的初始设计理念。

PoS 的机制非常复杂，因为它需要先进的博弈论方法，其不变性需要从主观层面来解释。 PoS 区块链账本的验证来自验证者对区块链完整性的保证，而不是通过挖矿消耗的能量。 前者的主要攻击向量是人工解释（没有信任的理想社会）可扩展性构造），而后者的攻击向量是能量。

此外，许多跨链框架需要插件网络区块链兼容性。 例如，Cosmos 需要使用快速最终共识的子链，这排除了 PoW 区块链连接到网络的能力。

正确分析验证者网络的一些缺陷需要我们关注两个主要方面：

· 攻击向量

· 不一致的激励

验证者网络的主要关注点是安全性和可扩展性之间的权衡。

PoS 网络可以节省成本并享受更快的最终确认。 这两点可以帮助 PoS 网络在规模和网络完整性之间取得更好的平衡，这是区块链的基本价值主张之一。

攻击向量

验证器网络的不一致激励通常直接对应于需要复杂工程来避免的攻击向量。 验证者共识的两个长期存在的问题是远程攻击和酸奶攻击攻击向量。

远程攻击 (LRA)

在远程攻击中，恶意方可以用大量已在区块中验证过的代币余额购买私钥。 当攻击团队持有的私钥有余额时，他们可以利用这个余额生成一个替代的区块链历史，有效地使他们能够基于 PoS 验证系统来奖励自己。

这个问题的建议解决方案是检查点（一种在工作未成功完成的情况下保存工作快照的技术），但检查区块链的状态需要节点不断在线，被认为是一种复杂的集中式解决方案。 此外，远程攻击证明，从长远来看，PoS 验证器网络无法保证账本的有效性，尤其是在区块链的过去状态下。

事实证明，验证者网络并没有创建一个共识永久的、不可变的分类账，而是在给定的时间背景下创建了一个“临时共识”。

酸奶攻击

在 Sour-Milk Attacks 中，基础验证器通过同时向对等点发布真实和欺诈性块来鼓励对等点怀疑诚实的对等点。 同时，这些关键节点与其他恶意节点协同执行相同的操作，从而混淆了诚实节点区分有效区块和无效区块的能力。

执行这些攻击的要求非常低，只要一小群网络验证者有效地冻结网络、创建分叉并锁定共识即可。

其他攻击媒介

PoS 验证网络的其他一些主要攻击向量包括“假权益攻击”、权益研磨和针对验证者的 DDOS 攻击，这些攻击可以迫使验证者持续在线，从而造成损失。

尤其是在fake stake 攻击中，由于PoS 区块链的检测成本高于PoW 区块链，PoS 验证在可扩展性方面不如预期有效。 最近披露的一个攻击向量将允许攻击者以最小的努力使运行网络软件的节点崩溃。

激励不一致

验证者网络的主要问题之一是它们可能会增加“加密货币 1%”的财富供应，在这种情况下，只有持有大量股份（代币）的验证者才能获得奖励。 由于最富有的利益相关者能够控制区块链整体代币供应的很大一部分，普通利益相关者参与验证的动机被削弱。

激励机制的减弱与用户参与度低密不可分，这是验证者网络最常被提及和最明显的缺陷之一。 用户参与度低的结果是区块链网络的中心化，垄断价格的抢先交易，以及更多的不良后果。

验证者网络的复杂博弈论性质也经常受到批评。 对于锤子（博弈论和激励结构的工程师）来说，PoS 共识设计中的一切都像钉子。 结果，该模型变得异常复杂，类似于为旧解决方案间接产生的问题设计新解决方案。

此外，这种系统的复杂性会产生不一致的激励。 特别是，“Nothing at stake Problem”（假设在 PoS 的早期版本中，每个验证器将均匀地构建在每个区块链分叉上）是 PoS 验证器网络最关心的问题之一。 在验证者 PoS 网络中，Nothing at stake Problem 是一个长期存在的问题，PoS 共识无法充分解决同时产生两个区块的问题。

另一方面，PoW 通过随机机制解决了这个问题，即有效链消耗的能量最多。 然而比特币私钥验证，PoS 将这一负担转嫁给了验证者，导致一个区块可能比另一个区块拥有更多的股份（代币）。 当验证者意识到在两个竞争链上进行抵押符合他们的利益时，问题就出现了。 通过在两条链上使用相同的权益，辨别哪条链是有效的变得极具挑战性。

对 Nothing at stake Problem 解决方案的批评再次强调 PoS 混淆了 stake 的基本问题，而没有真正解决问题本身，从而导致更多的设计卷积。

综上所述

虽然依赖验证器的网络继续获得对下一代区块链平台的支持，但将新的共识设计置于实用程序的背景下需要谨慎。 PoW 是区块链网络中唯一经过验证的分布式共识机制。 只有时间才能证明 PoS 验证器是否成为可扩展区块链的可持续模型，因此了解它们的缺点是驾驭区块链创新海洋的最佳方式。