隨著權(quán)益證明（PoS）與工作量證明（PoW）區(qū)塊鏈間的競爭日益激烈，為了保持有效的共識，這兩種協(xié)議的驗證機制和激勵結(jié)構(gòu)也就自然而然的受到了人們極大的關(guān)注。

特別是以太坊多年來一直在醞釀將其區(qū)塊鏈從PoW過渡到PoS共識，來作為其‘Serenity’升級的一部分。

而在最近，Binance還發(fā)布了其即將推出的“去中心化”交易所的詳細信息，該交易所將依賴于11個驗證器節(jié)點（全部由Binance控制）來確認交易所的交易。這一信息公開后，該公司因稱其交易所是去中心化的而受到抨擊，并一直處于“防守”的態(tài)勢中。

像Cosmos和Polkadot這樣的跨鏈項目正在分別利用Tendermint BFT和DPoS共識模型，來吸引互操作性和快速確認共識的區(qū)塊鏈支持者（Cosmos正在為其主網(wǎng)Cosmos Hyb的運行做準備）。雖然與PoW相比，基于PoS的加密貨幣網(wǎng)絡(luò)提供了更好的能源效率以及更快的最終確認速度，但它們還沒有得到大規(guī)模的驗證，并且它們在各種攻擊向量和激勵機制方面也存在著大量問題。

此外，盡管大多數(shù)跨鏈項目都將重點放在了使用驗證器來實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)共識上，但還是有項目仍然通過巧妙的方法使用PoW。比如，Block Collider使用了Nakamoto Consensus（中本聰共識）的優(yōu)化版本來實現(xiàn)多個區(qū)塊鏈的互操作，它不需要將其安全模型更改為PoS或使用驗證節(jié)點。

PoW是從比特幣區(qū)塊鏈開始使用的，并且經(jīng)過整個行業(yè)實戰(zhàn)檢驗的、可持續(xù)的共識算法，因此在這里我們有必要評估一下基于PoS的加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展過程中可能存在的一些困境。

數(shù)不勝數(shù)的驗證形式

在不同PoS網(wǎng)絡(luò)的共識中，它們通常會使用不同的名稱來對其部署的驗證器機制進行命名——從“樞紐（hub）”到“超級節(jié)點（masternodes）”。然而，它們都采用類似的設(shè)計模型，它們的驗證器通過“驗證”或“生成”的區(qū)塊頻率是與其在網(wǎng)絡(luò)中所持有的原生通證數(shù)量相關(guān)的，以此來保證網(wǎng)絡(luò)的有效狀態(tài)。

這里的驗證器替代了PoW區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中礦工的角色，它鼓勵在系統(tǒng)中的誠實驗證行為，因為在執(zhí)行任務(wù)時，驗證器的股份（通證）被鎖定在網(wǎng)絡(luò)中。他們會因為通過進行誠實的驗證工作而得到網(wǎng)絡(luò)中原生通證的獎勵，但如果他們的行為是惡意的，他們的股份就會被削減或扣除。

如果您想深入了解PoS驗證系統(tǒng)的機制，Vitalik Buterin提供了以太坊的CBC Casper （PoS）機制的說明，以及PoS的初始設(shè)計理念。

PoS的機制是非常復(fù)雜的，因為它需要先進的博弈論方法，并且其不可變性是需要從主觀層面來解釋的。PoS區(qū)塊鏈分類賬本的驗證來源于驗證器對區(qū)塊鏈完整性的保證，而不是通過挖礦所消耗的能量進行保證，前者的主要攻擊向量是人為的解釋（一種去信任的理想社會可擴展性構(gòu)造），而后者的攻擊向量是能源。

此外，許多跨鏈框架需要插入網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊鏈的兼容性。例如，Cosmos需要使用fast-finality共識的子鏈，這就排除了PoW區(qū)塊鏈連接到網(wǎng)絡(luò)的能力。

正確地分析驗證器網(wǎng)絡(luò)的一些缺陷需要我們關(guān)注兩個主要方面：

· 攻擊向量

· 不一致的激勵

驗證器網(wǎng)絡(luò)的主要關(guān)注點是安全性和可擴展性之間的權(quán)衡。

PoS網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)約成本并享有更快的最終確認，這兩點可以幫助PoS網(wǎng)絡(luò)在其規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)完整性方面有較好的權(quán)衡，而這正是區(qū)塊鏈的基本價值主張之一。

攻擊向量

驗證器網(wǎng)絡(luò)的不一致激勵通常與需要復(fù)雜工程搭建來避免的攻擊向量直接對應(yīng)。驗證器共識的兩個長期存在的問題是遠程攻擊（Long-Range Attacks）和Sour-Milk Attacks攻擊向量。

遠程攻擊（LRA）

在遠程攻擊中，作惡方可以購買擁有大量通證余額，曾在過于進行過區(qū)塊驗證的私鑰。當攻擊團隊持有的私鑰中有余額時，它們可以使用這個余額來生成一個備選的區(qū)塊鏈歷史，從而有效地使他們能夠根據(jù)PoS的驗證系統(tǒng)來獎勵自己。

針對這個問題提出的解決方案是檢查點（是為防止未順利完成工作而保存工作快照的技術(shù)），但是檢查區(qū)塊鏈的狀態(tài)要求節(jié)點保持持續(xù)在線，并且該方案還被認為是一種復(fù)雜的中心化解決方案。此外，遠程攻擊證明從長期來看，尤其是在區(qū)塊鏈的過去狀態(tài)下，PoS驗證器網(wǎng)絡(luò)是無法保證分類賬本的有效性的。

結(jié)果表明，驗證器網(wǎng)絡(luò)并沒有創(chuàng)建一個具有共識永久性、不可變的分類賬本，而是在給定的時間情境中創(chuàng)建了一個“臨時的共識”。

Sour-Milk Attacks

在Sour-Milk Attacks中，基礎(chǔ)驗證器通過并發(fā)地向?qū)Φ确桨l(fā)布真實和欺詐的區(qū)塊，從而促使對等方懷疑誠實的對等方。與此同時，這些基本節(jié)點與其他惡意節(jié)點協(xié)同進行相同的操作，從而混淆了誠實節(jié)點辨別有效區(qū)塊和無效區(qū)塊的能力。

進行這些攻擊的要求是非常少的，只要有一小部分網(wǎng)絡(luò)驗證器就可以有效地凍結(jié)網(wǎng)絡(luò)、創(chuàng)建分叉并鎖定共識。

其他攻擊向量

PoS驗證網(wǎng)絡(luò)的其他一些主要攻擊向量包括“假權(quán)益攻擊（fake stake attack）”、粉碎攻擊（stake grinding）和針對驗證器的DDOS攻擊，這些攻擊都會迫使驗證器保持持續(xù)在線，從而使其蒙受損失。

尤其是在假權(quán)益攻擊中，由于檢測PoS區(qū)塊鏈的成本比PoW區(qū)塊鏈要高，因此PoS驗證在擴展性上不如預(yù)想的有效。而最近被披露的攻擊向量將使攻擊者以最小的代價就能使運行網(wǎng)絡(luò)軟件的節(jié)點崩潰。

激勵的不一致

驗證器網(wǎng)絡(luò)的主要問題之一是它們可能會增加“加密貨幣1%”的財富供給，在這種情況下，只有持有大量權(quán)益（通證）的驗證器才會獲得下注的回報。由于最富有的權(quán)益相關(guān)者能夠控制區(qū)塊鏈總體供應(yīng)的很大一部分通證，那么普通利益相關(guān)者參與驗證的動機就會削弱。

激勵機制的削弱與用戶參與權(quán)益度低（驗證器網(wǎng)絡(luò)最常被提及的以及最引人注意的缺陷之一）有著不可分割的聯(lián)系。低用戶參與率的結(jié)果是導(dǎo)致區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的中心化、伴隨壟斷價格的超前交易，以及更多不利后果。

驗證器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜博弈論特性也經(jīng)常受到批評。對于錘子（博弈論和激勵結(jié)構(gòu)的工程師們）來說，PoS共識設(shè)計中的一切都像是釘子。因此，該模型會變得異常復(fù)雜，這類似于對舊解決方案間接產(chǎn)生的問題再設(shè)計出新的解決方案。

此外，不一致的激勵源自此類系統(tǒng)的復(fù)雜性。特別是，“Nothing at stake Problem”（假設(shè)在早期版本的PoS中，每個驗證器都會均勻的搭建在每個區(qū)塊鏈的分叉上）是PoS驗證器網(wǎng)絡(luò)最關(guān)心的問題之一。在驗證器PoS網(wǎng)絡(luò)中，Nothing at stake Problem是一個長久以來的的問題，PoS共識是不能充分解決在相同時間生成兩個區(qū)塊的這種問題的。

反觀PoW，它通過一個隨機機制解決了這個問題，那就是能量消耗最多的就是有效鏈。然而，PoS將這種負擔(dān)傳遞給了驗證器，從而導(dǎo)致一個區(qū)塊可能比另一個區(qū)塊擁有更多的權(quán)益（通證）。當驗證器意識到將賭注壓在兩個競爭鏈上對它們有利時，問題就出現(xiàn)了。通過在兩條鏈上使用相同的權(quán)益，對于辨別哪條鏈才是有效鏈將變得極具挑戰(zhàn)性。

對Nothing at stake Problem的解決方案的批評再次強調(diào)了PoS在沒有實際解決問題本身的情況下混淆了權(quán)益的基本問題，從而導(dǎo)致更多的設(shè)計卷積（convolution）。

結(jié)論

雖然依賴驗證器的網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)獲得了下一代區(qū)塊鏈平臺的支持，但是將新的共識設(shè)計置于實用性的環(huán)境中還是需要人們謹慎對待的。PoW是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中唯一被證明的分布式共識機制。只有時間才能證明PoS驗證器是否能成為可擴展區(qū)塊鏈的可持續(xù)模型，因此了解它們的缺點是在區(qū)塊鏈創(chuàng)新海洋中巡航的最優(yōu)方法。