一文让小白读懂的POW和POS概念详解(内含波卡)

今天我们来聊一个区块链领域的基础话题：POW和POS到底有什么区别？可能很多刚入圈的朋友听别人聊起这两个词，总觉得云里雾里。别急，我们用一个简单的方式把它彻底讲透。

POW（工作量证明）

工作量证明这个概念，最早其实是个经济学名词，意思是系统为了达到某个目标而设置的一种度量方法。简单说，就是一份证明，用来确认你确实干过一定量的活。其实早在比特币诞生之前，就有人开始探索这个方向了。

最常见的工作量证明机制就是哈希运算——通过计算碰撞出符合条件的哈希值，来证明系统确实完成了一定量的工作。当然，你也可以用卷积求导、大质数分解这类更复杂的运算来实现同样的目的。

在比特币的世界里，

。整个过程是一个数学计算问题，其中有一个“难度值”变量在不断调整，目的是维持比特币网络大约每10分钟出一个块。这个难度值是可以动态调整的。

说到这里，你可能就明白了为什么过去市场上冒出过那么多山寨币——只需要稍微改一下POW的参数，就能产生一种出块时间不同的新币。但本质上，这些币和比特币没有任何区别，没有智能合约，没有实际应用，纯粹靠包装宣传来忽悠小白。

同样的套路，在以太坊的智能合约上也能玩。只要改几个参数就能发行新币，但根本没有实际的应用场景。先发币再说项目，这就是为什么2017年那些ICO项目像雨后春笋一样冒出来，最后却落得一地鸡毛。

POS（股权证明机制）

纯粹的POS机制在市场上已经被淘汰了，这个不多说。现在还在用的，基本都是POS的变种。比较有名的，一个是

。

这两种机制的核心逻辑差不多：持币者把自己的币质押给节点，节点负责出块和维护网络。如果你投的节点有块被成功纳入最终链上，你就能按投票比例获得分红——这个分红就相当于比特币网络里的出块奖励。

这跟做生意投资很像。有人融资做项目，你投钱进去，赚了一起按比例分，亏了也按比例承担。如果节点不出块，或者验证了错误的块，网络会没收这个节点的币。所以在POS机制里，正确做事很重要，认真干活才能拿到网络奖励。

把两者放在一起对比，很有意思。POW就像古时候的比武，谁的算力大，谁就更容易碰出随机值，赢得比赛拿到奖励。而POS更像是文明人的游戏规则，大家合作共赢，共享盛宴。不管投给节点的票多还是少，只要是为网络持续工作的节点，都能获得奖励。

EOS的DPoS只选取21个大节点，你获得的网络奖励多少，完全由质押币的数量决定。波卡的NPOS则有1000个节点，节点能否胜出，由质押币数量和地址分散度共同决定。而且，只要是有效节点，不管质押币总数是多少，每个节点都会获得同等数量的DOT作为奖励。

这说明什么？DPOS容易造成大户联合合作，导致网络中心化、内卷化竞争。而NPOS则更加去中心化，因为它要求代币持有者足够分散。这是一个进步，一个让人既觉得合理又感到惊喜的进步。

当然，不管是POW还是POS，最重要的因素还是代币本身的经济价值。经济价值越高，攻击网络的成本就越高。这个话题就不在这里展开了。

POW vs POS

1. 公平性

POW表面上把记账权公平地分派给节点，但很容易形成算力集中化，财团抱团，普通个体很难参与。POS有很多变种，但波卡的NPOS通过随机分散化组合节点，保证了比POW更公平的机制。

2. 网络性能

比特币和以太坊的拥堵，大家都已经见识过了。区块链技术逐渐崛起，未来需要更多的区块链，那吞吐量和安全性怎么保证？

POS系统能容纳的吞吐量，比POW链高。原因很简单：POS共识协议不以浪费现实能耗为基础，区块时间和协议本身就可以更快地发生。逻辑是这样：POW面临的挑战，解决方案不必在确定一个块之前就找到，所以创建块的开销可以降低到只需要创建和分发块的成本。

POW的安全性靠算力，POS的安全性主要靠代币分散化持有并且绑定。

POS系统的安全，是通过绑定的资产来保护的，不像POW需要消耗大量资源（包括流动性机会成本和电力）。POS的工作方式是：选择一组有已知经济身份的验证者，锁定代币，换取参与共识过程的权利。如果他们执行了错误的程序，就会被惩罚——部分或全部锁定代币会被销毁。这对不良行为有很好的抑制作用。而POW没有类似的奖惩机制，仅仅损失算力（电力）成本而已。

破坏POW系统需要掌握51%以上的算力。目前，排名前三的矿池算力加在一起已经超过51%，但攻击从未发生过。为什么？因为只要发生一次51%攻击，比特币网络的“可信度”金字招牌就彻底毁了，币价跳水。这对靠挖矿获得收益的矿工来说，太不划算了，何必自己砸自己饭碗？也就是说，攻击的代价极大可能高于诚实挖矿，所以大家都选择不攻击。这是一个博弈问题。（实际上，掌握30%以上的算力就可以发起攻击，但超过51%才能确保攻击成功。）

传统的POS链，共识需要2/3以上的验证者组同意所有发生在layer1上的事务——所有作为链状态机一部分的逻辑都要被认可。也就是说，每个人都需要验证网络上的所有信息。然而，验证者可能因为收到异步网络的不同信息，对系统有不同的看法。这让对链最新状态达成一致变得困难。

简单来说，POS的吞吐量更高，更节能，创建区块消耗的时间和网络资源成本更低。但POS需要全网2/3的验证者达成共识才能确定网络的最新状态。验证者们可能收到异步网络的不同信息，对系统的最新状态看法不一致，这就导致网络的最新状态不容易确认。

这也是波卡极致分片架构设计的考虑点之一：不需要每个节点参与者验证每一笔交易，只需要每个节点参与检查一部分交易即可。每个节点参与者检查交易的某些子集，就使得拜占庭容错中有了足够的冗余。即使有恶意参与者想混入无效交易，也会被发现并受到惩罚——这些交易在恢复的时候一定会被发现。

另外，很多人喜欢拿以太坊和波卡做对比。从技术上说，波卡是更新的一代，自然更高级。但客观地看，以太坊在最初创立时就想用POS共识，只是当时POS共识还不够成熟，而POW的可靠性更高，所以选择了后者。POW对出块时间的限制，让网络转账更可靠，更能减少恶意交易，这和利用POW算法来杜绝垃圾邮件是一个道理。

同时，需要特别注意：

。网络中的两个节点可能同时碰撞出同一个正确的哈希值，这时就会出现所谓的硬分叉（概率性终态确定）。

POS的共识，是确定了参与验证的节点集合，这些节点采用类PBFT共识，类似于有序轮换者出块。波卡的NPOS变种，需要超过一半的签名才算有效，签名者不能重复，这保证了每一轮只可能有一个节点获得出块权，是一种确定性共识。

由此可见，一般情况下

，因为验证人集合已知，且数量不多。不像POW需要足够算力才能攻击，POS中联合验证人中一定比例的节点作恶就能攻击。那么，如何提高POS的安全性呢？

即消减（slash）或者没收（chill）；

比如波卡的分片和POS结合在一起相互协调，利用架构的交互性，集中资金保护所有链——允许一条平行链的Host为很多平行链提供完全的安全保证，而不是部分资金保护部分链，造成资金低效和浪费。甚至不需要所有参与者检查所有的状态转换。同时又结合了随机选举验证者节点组和GRANDPA与BABE，来保证网络整体运行安全。

综上，在网络性能方面，

。

3. 资源利用

POS算法几乎没有资源消耗，唯一消耗的是网络带宽资源。而POW挖矿经历了CPU、GPU、ASIC芯片一系列迭代，都是为了更高效地挖出币，过程中消耗了大量电力、算力和硬件资源，可以说是资源浪费。但换个角度，POW挖矿也形成了一套完整的产业链：水电站、网络、矿机制造等等。只不过，网络找到合适的哈希值，除了挖到币，实际上没有其他作用。

4. 去中心化

传统POS存在大户互相投票、互相推举为大节点的现象，普通老百姓参与的机会很少。而且，由于没有民主公投这样明确的网络问题解决机制，就形成了和POW矿池挖矿类似的价值回路——必须通过外部输入，安全性不直接与使用者相关，而是通过大节点或矿工这类媒介来完成。（不过，挖矿集中化和专业化其实是很正常的事情，天下熙熙皆为利来，天下攘攘皆为利往。只是集中化带来的结果，违背了区块链网络的初衷。）

综上所述：

靠算力取胜，获得网络奖励，但算力大不一定就能赢，而且会造成资源浪费。POW网络虽然慢，但可靠性更高。

靠质押绑定来获得奖励，质押得多获得得多，没有额外的消耗。网络安全性相对更弱，但可以通过与其他算法协同合作来提高安全性。