比特幣和以太坊作為目前兩種最著名的數字貨幣，都採用的是POW(工作量證明)機制。但是，以太坊正計劃在未來將共識機制轉向POS(權益證明機制)。這在區塊鏈領域是一個重要改變，也引起了區塊鏈社羣關於POW與POS的激烈討論，主要討論的問題有這兩種機制誰的安全性更高，哪種機制長期來看執行會更好？
為何共識機制如此重要？
在討論POW和POS這兩種機制之前，我們首先需要理解共識機制對區塊鏈為何如此重要。區塊鏈最大的特點就是去中心化和不可篡改，而共識機制就是實現這兩種特點的核心。區塊鏈是一個去中心化網路，參與運算的計算機在這個網路裡被稱為節點，以共享的方式維護整個分散式資料庫。任何人可以不經過許可就加入到這個網路中，每個節點都儲存著整個區塊鏈的全部交易資料。實際上，每個節點都是一個包含全部交易記錄的賬本，因此區塊鏈也被稱為分散式賬本技術（DLT）。
區塊鏈網路中交易被打包在一起，稱為“區塊鏈”。這些區塊透過之前確定的協議機制按順序相互連線。更新區塊鏈內容的唯一方法就是再加入一個新的區塊，因為原有的區塊鏈無法刪除和更改。同時，任何一個節點都可以在不經過第三方機構的介入來新增新的區塊。
因為每個節點都可以新增新的區塊，所以建立一種合理的規則對於保持資料完整是非常重要的。如果有節點在新增新的交易區塊時不被其他節點同意，那麼這個新區塊就會被判定為無效。如果這個節點堅持在原有區塊上新增新的交易記錄，而且仍然忽視整個社羣的規則時，那麼其他節點就會被迫選擇社羣分裂，這樣他們就可以在原有網路上繼續堅持已有規則和交易記錄，這個過程被稱為區塊鏈的“硬分叉”，頻繁的硬分叉不利於區塊鏈的穩定性。共識機制的建立就可以有效減少硬分叉的發生。
- 另外，某些惡意節點可能控制網路發起DDoS攻擊（分散式拒絕服務攻擊），造成交易出錯，例如出現雙花等問題。共識機制可以用來對每一筆交易進行驗證，避免雙花問題。
- 共識機制目前已經發展出了很多種類，POW是區塊鏈領域中最常見和被應用最廣泛的共識機制，相比之下，POS是最新發展出來的共識機制。
POW機制是什麼？
POW演算法的概念由Cynthia Dwork 和Moni Naor在1993年的文章中首次闡述，這個名詞由Markus Jakobsson在1999年正式提出。中本聰所創造的比特幣網路是實施POW機制的最著名案例，接下來我們將透過比特幣的執行原理來解釋POW機制。
在比特幣這個區塊鏈網路中，交易首先會被打包放在一個記憶體池中，每十分鐘會產生一個區塊。這些區塊在被記錄在鏈上中需要被礦工驗證，這些礦工透過專門設計的硬體和軟體來處理這些交易。交易確認的過程，就被稱為挖礦。挖礦的過程中需要礦工來進行復雜的雜湊運算，透過雜湊求解進行競爭，來獲得進行交易確認的機會，從而獲得寫入新區塊時伴隨產生比特幣獎勵。
比特幣使用者發起交易時，會將交易資料提供給礦工，這是一個簡單的過程。然而，礦工也需要知道鏈上最後一個區塊的加密雜湊值。鏈上最後一個區塊的加密雜湊值是產生新的區塊的必要條件，獲得雜湊值才能保證整條鏈的完整無誤，這也是挖礦過程中困難的部分。
任何礦工都不知道最後一個區塊的加密雜湊值，他們需要進行大量運算來找出正確的雜湊值。雜湊運算沒有任何技巧，只需要足夠的算力來進行運算。如果某個礦工破解了這個雜湊運算後會在整個社羣公佈，這樣其他礦工會看到他計算出來的的雜湊值來證明他的運算成功，這個過程被稱為POW（工作量證明）。這樣，成功求解的礦工記錄了這個新的區塊，記憶體池中的交易也會被成功記錄。
雜湊值求解的過程也是不對稱的，對於礦工來說整個過程是困難的，但是在網路中看到這個過程是容易的。隨著難題求解的過程變得更加容易，每個區塊的生成時間將變得少於10分鐘。然後，雜湊運算的難度每14天更新一次，會變得更加困難。這樣隨著計算難度的增加，求解所需要的算力也會增加。
當駭客針對多數成員發起的DDos攻擊，即掌握算力的51%以上發起攻擊將是成本高昂的。潛在的駭客攻擊所消耗的成本將高於自己的收益。因此, POW機制將會使整個區塊鏈網路更加安全。
但是POW在追求高安全性的同時成本也很高，例如：
比特幣挖礦的能量消耗十分高，例如到2018年底，冰島的比特幣挖礦消耗的能力將高於整個國家其他領域能量消耗之和。由此造成的環境壓力將會對比特幣造成不利的公共影響。另外，如此之高的能量消耗由法幣支付，這也會對比特幣價格造成多米諾效應。
另外，不斷更新的計算硬體以及日益增加的能源消耗，對於個人來說將難以承受。基於經濟效益，比特幣挖礦將變得更加集中化，未來將會被更加組織化的礦池所控制。這種中心化機制也違反了區塊鏈去中心化的初衷。
目前控制普通使用者計算機進行挖礦的駭客行為愈加頻繁，駭客透過這種方式掌握算力提高自己挖礦的ROI（投資回報率）。而使用者可以定期對軟體和作業系統修復漏洞來避免這種駭客攻擊。
POS有何不同？
採用POS共識機制的區塊鏈網路具有進行交易認證的特殊節點。這些節點將自己的token鎖倉，被稱為“權益代表”。這意味著這些節點參與到這個社羣建設的程度更深，不像比特幣挖礦過程中礦工可能並不擁有比特幣，就參與到交易確認環節中。
權益代表鎖倉的通證越多，鎖倉的時間越長，得到確認交易產生區塊的可能性將會越高。所有的token在之前已經被全部釋放出來，以後不需要再釋放新的token，並會將交易手續費作為獎勵發放給對權益代表。
因為POS並不需要處理複雜的運算進行工作量證明，所以POS消耗的能量較少。同樣的，因為不需要所有的節點參與交易證明，整個區塊鏈網路的擴容性更高，這就出現了一種新的擴容方案——Sharding。Sharding的概念來源於資料庫管理——將資料水平分配到不同的伺服器中以提高效率。
POS共識機制展現出了許多優點，區塊鏈領域的專家正在制定不同的方案，例如：
§如果有惡毒玩家大量獲得token，成為一個token多於任何人的權益代表，整個區塊鏈網路可能就不安全。然而，市場經濟將會阻止這種行為，因為大量搶購token將會造成toekn價格暴漲，實施惡意行為的代價將十分巨大，這些駭客的行為將難以進行攻擊。
§另外一種情況就是權益代表可能進行惡意的交易認證，產生錯誤區塊。目前以太坊專案團隊正在提出新的Casper方案來將他們的共識機制轉向POS，這種新方案將會使這些惡意的權益代表失去他們的token，並且未來也被禁止成為權益代表。
POW vs. POS: 未來屬於哪種共識機制？
雖然POW為區塊鏈網路提供了更安全的的去中心化共識機制，而且也在眾多區塊鏈專案中得到驗證，但是挖礦帶來的能源消耗和由此造成的環境壓力，以及數字貨幣背後缺乏實際資產支援都引起了大量的媒體負面報道。目前這些問題的影響已經顯而易見，例如中國已經正式禁止了比特幣挖礦。
雖然POS機制出現不久，但是採用這種機制的區塊鏈專案已經出現，例如著名的加密貨
幣DASH已經正式實施POS機制。如果POS的支持者可以向廣大的加密貨幣社羣確保這種機制有能力保障區塊鏈網路的安全，那POS將會得到的更多支援。如果名望很高的以太坊專案轉向POS的過程取得了成功，這將會促進POS的廣泛應用。因此，在接下來的幾個月時間裡，我們將會發現哪種機制將是未來更合適的區塊鏈共識機制。
