PoW v.s PoS:為什麼 PoW 是價值儲存公鏈的唯一選擇 ?

11 月 5 日,以太坊的 ETH 2.0 抵押合約正式部署,開放社羣抵押 32 個 ETH 成為節點,並預計在 12 月 1 號前募集至少524,288 ETH和16,384個驗證者。同時,Vitalik 也撰文為 PoS 發聲,告訴大家 ETH 2.0 為什麼選擇 PoS。截至目前,ETH 募得的資金約為 294,432 個 ETH,共有 9,200 個左右的抵押者。

一直以來,Nervos 始終堅守著資產安全,也從比特幣和 ETH 1.0 的成功中看到 PoW 帶來的安全以及進入的公平性。並且長期以來,Nervos 的成員們也都在各種不同的場合中,表達了為什麼我們支援 PoW。近期,Nervos 的核心成員們也表達了他們對 PoW 的看法:

Jan:懲罰機制並不能挽救 PoS

Jan 認為:PoS 的懲罰機制以及 ETH 取得成本不一,會導致許多無辜的資產持有人受害,而 PoW 則不會產生這樣的問題。

9 月 13 號, Vitalik 在 Twitter 上發表了一些關於 PoW 的言論:

在 PoW 系統裡,成功的攻擊者可以不斷對系統進行攻擊,系統也無法刪除攻擊者使用的硬體裝置,從底層角度來看,這是 PoS 要強於 PoW 的地方。

Nervos 首席架構師 Jan 提出了自己的質疑:

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(Vitalik 的)論點是錯誤的

1. 對於建立在經濟激勵機制上的系統(PoS 和 PoW)而言,控制 51% 算力/代幣數的人最好進行合作而不是破壞。如果我們無視這些假設,那麼「slashing」懲罰機制並不能挽救 PoS,因為攻擊者可以在外部市場賣空代幣來彌補被罰沒的代幣,然後不斷重複這個過程。

2. 實際上,攻擊者不需要有 51% 的代幣總數 ,控制 51% 的驗證器節點就足夠了。而被銷燬的質押金可能是別人的(注:例如交易所),此時懲罰機制讓事情變得更糟了, 因為被銷燬代幣的人是無辜的。

3.在 PoS 上的 DeFi 將加劇這種情況,因為 PoS 存款的貼現服務將進一步降低攻擊成本。

4.在 PoW 51% 攻擊中, 更改雜湊函式並不是唯一的解決方案,可以透過社羣共識形成一個臨時礦工的白名單。(Vitalik 對大多數 PoS 問題的解決方案),並給節點使用,直到更「誠實」的算力加入網路。在這種情況下,PoW 至少可以和 PoS 做到一樣好。

11 月初,在 Vitalik 發表了 「為什麼 PoS 好棒棒」(https://www.chainnews.com/articles/801734528092.htm)的文章之後,Jan 也再次評論道:

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這完全是錯誤的。

把封閉性和弱主觀性稱為不重要的問題,反而去強調效率,那不如直接用中心化系統,效率是最高的。把大家公認問題稱為不重要,這純粹是掩耳盜鈴。

PoS 的問題這裡已經談的很清楚了,可以看看韌老師怎麼聊 PoS 的問題——PoW 和 PoS 之爭:它們各自犧牲了什麼,獲得了什麼?

https://www.chainnews.com/articles/861320937198.htm

張韌:PoS 的安全依賴於許多不確定的安全假設

那麼,曾經在全世界最瞭解比特幣和 PoW 機制的 Blockstream 實驗室工作過的 Nervos 研究員張韌(大家都叫他韌老師),到底是怎麼看待 PoS 的問題呢?這裡我們為大家簡單整理了張韌的論點:

越多的安全性假設 + 理想現實落差極大的安全性 = 極大的系統脆弱性!

張韌在去年於舊金山區塊鏈中心曾經發表過一次主題為:《What PoS Cannot Achieve (But PoW Can) And What PoW Cannot Achieve, Either》的演講,演講中他曾提出:系統的脆弱性 =(理想中的安全屬性 - 實際的安全屬性)+ 安全性假設

從這個公式中我們可以看到,當想要建設一個更好的區塊鏈時,我們的關鍵目標應該是降低系統整體的脆弱性。而要達到這個目標,我們應該做到「與之前的設計相比,新增加的安全性假設少於新增加的安全屬性」權益證明機制的執行需要一種稀缺資源作為基礎。然而和工作量證明機制不同的是,如果沒有可信的主體,那麼採用權益證明機制的網路無法容忍較高的延遲。這意味著在某些情況中,權益證明機制系統會面臨幾種能夠讓新參與者無法分辨真實網路歷史的攻擊。為了解決這個問題,採用權益證明機制的系統必定會採用由一些擁有公共身份的可信主體進行簽名的檢查點機制,這實際上又違背了去中心化和無需許可的這個核心信條。在某些情況中,採用權益證明機制比採用工作量證明機制的系統有更強的安全屬性。因為整個系統的價值是已知的(全網有多少 Token,Token 的價格都是公開可知的),如果大部分「價值」達成一致,那麼參與者的數量就不那麼相關,這樣一來,網路可以繞過由於不知道所有參與者數量帶來的問題。但為了確保它們是否達成一致,所有人都必須保持線上,而這是一個很強的安全假設,並且每一個區塊都必須被幾千個節點簽名,這會對效能產生很大的負面影響。因此,雖然參與者數量是已知的,但這並不能彌補權益證明機制相對於工作量證明機制的缺陷。

由此可見,權益證明的安全其實依賴許多不確定性的安全假設,這些都讓整個系統有了很多不穩定的安全風險!如果有興趣瞭解更多韌老師的想法,也歡迎檢視完整演講影片:

https://www.youtube.com/watch?v=gxFm1QieUdE

Daniel:Vitalik 的這篇文章避重就輕

Daniel 在日前接受白話區塊鏈訪談時,也曾經提出他過對 Vatalik 新文章的看法:

對 PoW 和 PoS 的優劣分析比較,在這篇文章中顯得避重就輕,甚至扭曲事實。

PoS 和 PoW 的優劣之爭,不管是區塊鏈技術社羣還是學界,都從未得出過 PoS 更優於 PoW,而是分成兩個陣營,大家在各自的陣營繼續深挖和找到更合適的場景去發揮優勢,揚長避短而已。而我看這篇文章,並沒有看到新的研究成果或者新的證據,看到的是避重就輕的斷言和不嚴謹的結論。1. PoS 以相同的成本提供更高的安全性?文章中對 PoW 攻擊成本計算方式幾乎完完全全不符合實際,實際情況是在現實世界中,只有透過 nicehash 平臺租用到的 GPU 算力能發起攻擊,但 GPU 算力在過去五年很好的保護了以太坊,幫助以太坊平臺的總資產規模不斷成長,目前已經超過了 1000 億美金,是不是很矛盾?透過 Nice Hash 租用算力發起攻擊是目前已知的對網路發起 51% 攻擊的方式,而 Nicehash 上可租用的總算力有限,並且可被攻擊的 PoW 網路數量也非常有限,以及使用專業礦機去發起 51% 攻擊是一個毫無現實意義的問題。

所以要區分可以透過租用 GPU 算力發起 51% 攻擊和 PoW 是否安全,是兩個不同層面的問題,能透過 Nice Hash 租用算力對小網路發起攻擊,不代表 PoW 的安全性不夠。51% 攻擊是一種確定性的,可以透過機制設計和預案去預防和解決的問題,而 PoS 機制中包含的不確定性,無法解決的問題反而更多。2. 關於從攻擊中恢復的效率?文章中指出了一種針對 PoW 的攻擊,但是不談前提。這種攻擊的前提是網路 PoW 演算法是基於 GPU,並且基礎算力較弱,可以透過 nicehash 租用到足夠的 GPU 來發起攻擊,這幾個條件全部達成才有攻擊的機會,這種攻擊方式對 ASIC 系統沒有現實意義。

相反,PoS 在被攻擊的時候,只要攻擊者持續攻擊,那麼不管 PoW 還是 PoS 表現都是一樣,甚至 PoS 系統可能更糟糕,slashing 機制對解決問題沒任何幫助,攻擊者完全可以透過外部獲利,比如去交易所做空,所以談 PoS 從攻擊中恢復的效率更高的意義在哪裡?PoS 的 UASF 機制透過人為協調來解決問題的機制,能用來證明比 PoW 更好?3. PoS 比 ASIC 更去中心化?

對去中心化的理解,至少得分三個層次,公平性,無需許可的准入機制,反審查。這三個層次上,PoS 都無法拿出任何證據證明其哪怕跟 PoW 一樣的程度,所以在去中心化這個特性的比拼當中,PoS 不跟 PoW 比,而是選擇跟 ASIC 比?而 ASIC 並沒有在這三個層次上作出任何損害,反觀 PoS,初始分配問題,無法做到真正的無需許可准入和反審查,這些是 PoS 機制自身的問題。PoS 的封閉性導致的問題遠比想象中的要大得多,而 PoW 是借用物理世界的資源來維持網路的共識,並且在物理世界中的資源分佈天然就是分散的,物理資源是最難中心化的,並且激勵機制促使參與者去不斷尋找和挖掘更低成本更高效率的資源,這種開放式的競爭機制進一步導致資源的分散而非集中。反觀 PoS,如果壟斷者想要維持其壟斷優勢,那麼他付出的成本一定小於競爭者,這個機制直接導致的結果就是系統內卷。關於弱主觀性問題,這個問題在 PoW 體系中不存在,只有在 PoS 中,判斷主分支的時候無可避免的要依賴外部資訊。這個問題在 PoS 系統中是無解的,並且也是一個能導致的問題遠比想象中的更大。在以太坊早期 PoS 研究中,自行創造出了「弱主觀性」這個概念,但是這個概念直到今天,也沒有真正得到學界的認同。

Cipher:PoS 適合做交易層而非價值儲存層

Nervos 研究員 Cipher 去年也曾經發表一篇文章:Mining 向左,Staking 向右——公鏈的兩大演進方向與價值分析

https://talk.nervos.org/t/mining-staking/3028

Cipher 認為PoS 存在三個核心的問題,弱主觀性、安全與業務耦合、具有審查性,很適合拿來做交易層而非價值儲存層:

公鏈可以分為兩類,一類主攻價值儲存,也就是定位在資產的去中心化發行和託管服務的公鏈,而第二類則是主打效能將定位在資產的去中心化交易的公鏈。而他認為,最終第一類公鏈的選擇是 PoW ,而第二類公鏈為了講求效能和效率,會選擇 PoS。

第一類公鏈的強去中心化特性和第二類公鏈對現實世界資產的相容性都是社會所需要的。但兩類公鏈的定位有明顯的差異,針對不同的資產型別和業務型別。一條公鏈必須旗幟鮮明地選擇一條路堅定地走下去,左右搖擺將失去兩邊的使用者。二者可以透過跨鏈的方式連線,使用者根據自己的需求將資產在兩類公鏈上轉移。這也是未來公鏈發展的必然趨勢。

這也是 Nervos 長期強調的重點,我們不認為 PoS 有什麼問題,只是 PoS 使用的場合並非底層的價值儲存或者結算保障。同時,針對 Vitalik 的文章, Cipher 也認為 PoS 存在著三個問題:

1. 弱主觀性,判斷主分支需要依賴外部資訊;2.業務與安全耦合,例如 DeFi 利率高於 staking 利率時,系統安全性降低;3.Non-permissionless mining,任何參與挖礦的人必須買入 stake,但 stake 持有人可以不賣,導致系統內卷。

比特幣、以太坊核心社羣如何看待 PoW 和 PoS?

當然,雖然目前大多數的公鏈開發都選擇了冷啟動、運營更加容易的 PoS ,然而,也有許多區塊鏈圈子的大佬表示了對 PoS 的擔憂。在 Vitalik 文章發出的當天,比特幣閃電網路實驗室的 Ryan Gentry 也和 Vitalik 有一些精彩的對話和意見交換;中國以太坊及區塊鏈技術社羣 Ethfans 的阿劍老師,也撰文表示對於「POS + 分片」的道路感到擔憂。阿劍認為「PoS + 分片」的道路存在了太多對於效能以及安全的假設,甚至阿劍還針對以太坊近年來的路線轉變做出了總結:「時至今日,已經找不到證據,證明為了可擴充套件性,以太坊應該擁抱 PoS」、「沒有一種與 ETH 2.0 相關的路線圖值得以太坊放棄當前的運作模式、轉向以 PoS 為基礎的系統」。想要了解更多,可以查閱阿劍老師昨天釋出的:觀點 | 以太坊的路線圖應該改變嗎?

Ryan Gentry 是專門研究閃電網路的 Lightning Labs 核心成員,他看到 Vitalik 的文章後在推特發表評論:

(Vitalik的文章)缺乏對於 PoS 關鍵錯誤的分析。PoS 共識基本上已經被交易所和託管方給無償的捕獲(注:意思是說他們可以零成本的獲取很多用來 Stake 的 ETH )。唯一一個可以被捕獲的共識加密貨幣就是法幣。然而 PoS = 法幣這個等式就相當於凱恩斯說的「長期而言」的論述一樣(凱因斯說:我只考慮短期問題,在長期,我們都死了)

Vitalik 也迴應了:

這是在交易所「會」抵押的前提下,但即使他們會這樣做,也肯定不會涉及到他們所有的客戶餘額。然而 PoW 可能會被大型礦業公司收購。

Ryan 繼續迴應 Vitalik:

交易所他們為什麼不拿客戶的資金做賭注呢?交易所是否因把錢擺在桌子而 惡名昭彰?我們有相反的經驗證據。而 PoW 是去中心化的,因為即使是廉價能源也是去中心化的。這成功的例子就發生在今天的比特幣身上。

Vitalik 接著迴應:

硬體成本是 PoW 主要的成本;因此,如果這個部門是由大型礦機制造商主導的,那麼能源狀況如何就無關緊要了。

另外 Vitalik 又接著發表另一篇推文迴應:

關於「他們為什麼不拿客戶的資金做賭注?」的問題,我認為沒有使用者明確的同意是就動用他們的資金違法的。取款延遲,降低風險,洩露和懲罰等等(注:這些都是中心化交易要去考量的)。即使一些共謀組織或小團體真的獲得了全網 51% 的 Token,如果他們在社羣要做任何惡,也都要冒著社羣可能會因此透過「inactivity leak」的方式進行軟分叉的風險。他們也沒有什麼壞事可以做。

Ryan 則認為這個說法站不住腳:

那太荒唐了。這麼說,ETH2 的安全依賴於一個大交易所遵守目前並不存在的法律,而且在達成共識之後才會存在的法律? 這比分佈在全球的能源和超脫協議的 ASICs 要弱得多。

綜合以上的論點我們可以知道,目前為止, 在底層區塊鏈中,PoS 共識仍未有一個比較成功的案例。一個原因是因為發展時間,但是另一個原因也是因為依賴獎懲制度的共識,在機制設計上的難度一定更大。同時,在每個抵押者的抵押代幣取得成本不同的情況下,甚至像是中心化交易所以及託管機構,都被認為可能無償的挪用他人的資金來進行抵押。這個爭論點似乎也較難有可以說服人的論點。同時,懲罰機制是否也可能因此波及無辜,目前也尚未有很好的答案。最後,隨著以太坊生態的成長。ETH 鏈上的狀態也日益增加,導致於許多開發商已經逐漸難以自己維護節點。因此對於 Infura 等等的依賴也日漸強大,當 ETH 2.0 來臨前夕,ETH 區塊鏈上的狀態只會繼續成長,有多少人和多少團隊能夠如 ETH 2.0 理想上的時時線上同步節點,也是個很大的未知數。以上這些 PoS 的問題也都不是第一天被提出,並且從未有過完善的解答。我們或許會常常聽到很多論證是「PoW 過於浪費電」,然而達成共識必然需要付出成本,何況是全網路的共識。PoW 是最直接的把成本體現在電力上,PoS 並非沒有成本,而是把成本轉嫁到了「安全風險」以及「資金的流動性」和「目前仍無止盡的協調以及機制設計」,這是 PoS 共識作為 Layer 1 仍然需要付出的成本。然而正如同 Cipher 所言,對 Nervos 來說,PoS 並非不好,而是當其要作為資產儲存的底層區塊鏈時,勢必面臨更嚴苛的安全檢驗和挑戰。當然 PoS 仍然很適合作為 Layer 2 的交易層共識,提供 Layer 1 所不能滿足的效能需求。質押資金的獎懲機制在當今的側鏈以及 Rollup 之中都有被提出討論。當然,我們仍然期待未來 PoS 仍夠克服重重障礙,並能找到一條適合 PoS 發展的區塊鏈賽道,讓整個區塊鏈生態也能因此有更蓬勃的發展。

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