【Chain101】幣圈第二課: 加密幣「共識演算法」

Chain101的第一課(傳送門: 【Chain101】幣圈第一課:認識區塊鏈)曾提及區塊鏈最鮮明與最民主的機制是其「共識演算法」,於是開始陸續有朋友問Hugo有關各種共識演算法的特徵和分別,所以Chain101第二課就帶大家了解一下幣世界中較熱門的三種「共識演算法」: Proof-of-Work 工作量證明、Proof-of-Stake 權益證明以及Proof-of-spacetime 時空證明。

Proof-of-Work 工作量證明 (PoW)

Proof-of-Work 工作量證明 (PoW)

工作量證明(Proof-of-Work,PoW)是一種對應服務與資源濫用、或是阻斷服務攻擊的經濟對策。一般是要求用戶進行一些耗時適當的複雜運算,並且答案能被服務方快速驗算,以此耗用的時間、設備與能源做為擔保成本,以確保服務與資源是被真正的需求所使用。此一概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor於1993年的學術論文提出,而工作量證明一詞則是在1999年由Markus Jakobsson與Ari Juels.所發表。現時此一技術成為了加密貨幣的主流共識機制之一,如比特幣及以太坊1.0所採用的技術。

挖礦過程中,採用了 工作量證明(PoW),以此來確認交易與避免雙重支付。比特幣系統的工作量證明共識機制演算法採用了 SHA-256 安全雜湊演算法 運算 Hash 值,透過讓礦工進行大量的窮舉運算,只要能解題成功,就代表工作量證明完成。主要的規則包括 一段時間內只有一個節點可以記帳成功; 通過工作量證明競爭獲得唯一記帳權以及其他節點複製記帳結果。

工作量證明(PoW)有着兩個優勢:容易實現,節點可自由進入,去中心化程度高;以及破壞系統需要投入極大的成本,故此其安全性極高。但由於工作量證明(PoW)會透過礦工的計算能力以及硬體成本確保礦工,致令挖礦過程變得繁複,當中會造成過多的能源消耗,使得這個機制非常不環保。

Proof-of-Stake 權益證明 (PoS)

Proof-of-Stake 權益證明 (PoS)

權益證明(Proof of Stake , PoS)與 工作量證明PoW 的差別在於,權益證明用加密貨幣所抵押的數量取代礦工算力的比拚,節點不需要花大筆錢買礦機或繳交大額電費,相反他們必須花錢買大量加密貨幣,並將這些加密貨幣抵押在智能合約中。權益證明共識機制下,大部份都是根據「幣齡」以偽隨機的方式,選擇下一個區塊的驗證節點,簡單來說就是,「抵押越多加密貨幣、抵押時間越長且距離上次獲得記帳權越久的節點,獲得下一次記帳權的機率越高」。所以我們不再稱為礦工,而稱為鍛造者 (Forger)。若鍛造者希望在這個區塊鏈之中增加競爭力,只需要抵押更多的加密貨幣並持續持有,而不需要新增電腦或礦機。

權益證明(PoS)有着幾個優勢: PoS 機制不再需要浪費電力爭記帳權,有效解決能源問題; 驗證效率提高以及降低區塊鏈臨時分叉的機率。但缺點會出現Nothing At Stake Problem (無利害關係)
以及過於資本主義 (擁有更多幣者可變得更富有)。而現時以太坊2.0正打算改用權益證明以達致節能的目的。

Proof-of-spacetime 時空證明 (PoST)

Proof-of-spacetime 時空證明 (PoST)

時空證明是一種加密技術,會證明它們將未使用的硬盤空間分配給存儲空間。 為了用作共識方法,必須將空間證明與時間證明聯繫起來。 PoST確保區塊時間在它們之間的時間具有一致性,並提高了區塊鏈的整體安全性。時空證明可以理解為連續的複製證明,證明礦工在特定時間段內持續完好無損的存儲了該數據,所以與PoW所追求算力以及PoS所追求幣質押量不同,PoST所追求的是儲存空間的多少,而Filecoin以及近期火熱的Chia正是使用時空證明的概念,亦是造成大量HDD以及SDD被搶購一空的原因。

由於時空證明並不追求算力,所以其能源消耗有限,故Chia亦有綠色比特幣的稱號;另外,時空證明亦不需要質押加密貨幣,因此每人的入場門檻一致,而不會過於資本主義 (擁有更多幣者可變得更富有),顯得更為公平。

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