利益证明(PoS)机制是针对工作量证明机制的缺点而设计的一种改进的共识机制。最基本的概念是，产生新区块的机会应该与股本规模成比例。股权可以是投入的资本或一定数量的数字货币蓑衣网小编2022 的所有权，也可以是预先投入的其他资源，即“股权”。与工作量证明机制需要节点不断进行哈希计算来验证事务的有效性不同，在工作量证明机制中，只要购买了挖矿机，下载了软件，就可以参与录入。而股权认证机制要求参与者通过计算持有货币总量的百分比(数量)和持有货币量的时间来确定记账权，试图解决工作量认证机制中大量资源浪费的情况。

通过这种机制，节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比。与PoW相比，在一定程度上减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升。但仍是基于哈希运算竞争获得记账权的方式，监管较弱。共识机制具有与PoW相同的容错能力。

在现实世界中，权益证明的机制很常见，最熟悉的例子就是股票。股票是用来记录股权的凭证。你持有的股份越多，你拥有的投票权和收益权就越高、越多。

POS算法的基本思想

2011年，一位名为QuantumMechanic的用户在bitcointalk论坛(https://bitcointalk.org/index.php？Topic=27787.0)，然后不断发展完善，获得越来越多人的信任。

POS的基本思想大致是这样的：

所有节点不再同时竞争挖矿，而每次只有一个节点是验证者：在比特币网络中，所有节点都需要做PoW任务，也就是说，它们都需要做复杂的哈希运算，消耗大量的CPU计算能力，只有最先找到答案的节点才能获得奖励。这种所有节点同时竞争挖掘无疑消耗了大量资源，那么一次只能有一个节点工作吗？如果有，如何选择那个幸运儿？PoS不再需要mining和miner，只需要一次选择一个节点作为验证器来验证块的有效性。如果选择一个节点作为验证器来验证下一个块，它将验证该块中的所有事务是否有效。如果所有事务都被验证为有效，则该节点对该块进行签名，并将其添加到区块链。作为回报，验证者将收到与这些交易相关的交易费用。显然，在PoS中，每个共识只有一个节点付出了劳动，劳动非常轻松，从而达到了节约资源的目的。

想成为验证者，必须提供保证金：为防止验证者作恶，必须提前将代币存入指定账户，作为保证金或抵押担保。一旦发现你做了坏事，保证金将被没收，诚实的工作将得到鼓励。显然，只要做恶的收益不超过保证金，节点就会老老实实地保持诚实。

被选为验证者并不是完全随机的，但被选中的概率与提供的押金数量成正比：例如，如果爱丽丝提供100个硬币的押金，鲍勃提供500个硬币的押金，那么鲍勃被随机选为验证者产生下一个方块的概率是爱丽丝的5倍。这其实类似于股份公司，话语权和最终受益权是按照出资比例来划分的。大股东出资更多，承担的责任更大，相应的回报也更大。

[X][X]POW与PoS的比较[X][X]不难发现，PoS也采用了经济和博弈的思想，通过激励策略和惩罚机制来保证网络的安全性和可靠性。

POS为什么会起作用？

PoS协议仍然符合传统拜占庭容错算法研究的结论。目前围绕PoS的研究可以分为两条主线：一是围绕同步网络模型，二是围绕部分异步网络模型。而基于链的PoS算法几乎总是依赖于同步网络模型，其有效性

另外，从CAP的角度来看，基于链的PoS算法类似于PoW算法，也是尽可能的实现了容错。另外，在可用性和一致性之间，保证了更多的可用性。

如果传统的一致性算法(Paxos、Raft和PBFT)实现了确定性的终结或一致性，那么PoS类似于PoW，转而寻求概率的终极一致性。从传统CAP的角度来看，这其实是一种一致性的弱化，但从实际可行性的角度来看，这也是一种全新的思考和突破。

而从PoS的设计策略来看，也可以分为两大阵营(https://arxiv . org/pdf/1710.09437 . pdf):

一种是前面说的链式PoS，主要模仿PoW机制，通过伪随机分配区块创建权给利益相关者来模拟挖掘过程，比如PeerCoin和Blackcoin。通过类比推理可以看出其安全性和有效性。

另一种是基于BFT的PoS，它是基于近30年来对基于BFT的一致性算法的研究。基于BFT算法设计PoS的思想最早是在Tendermint中提出的，以太坊2.0中的Casper沿袭了这一传统，做了一些修改和改进。这种PoS的安全性和有效性可以参考BFT算法。如果能从数学上证明，只要协议参与者中有2/3以上的节点诚实遵守协议，无论网络延迟有多大，算法都能保证最终状态不会出现冲突块。但是这种算法并不完美，尤其是对于51%攻击问题，还没有完全解决。目前，这一领域仍处于开放探索阶段。

PoS的论点

PoS的思想并不复杂，而恰恰是这种类似于现实世界，按照出资比例获得收益的制度，才容易被人诟病。大家对现实世界中的马太效应已经非常警惕了。这种制度显然容易带来富者越富，贫者越穷的结果：代币多的人会有更多的机会成为验证者，从而参与网络，获得更多的利益。

但是在这个问题上的观点争议很大，很多人提出了完全不同的观点，认为PoS比PoW更公平，更有助于对抗集权趋势。主要原因是：PoW挖矿依赖于现实世界中的物理硬件和电力资源，很容易带来规模经济优势。买一万台矿机的公司比买一台矿机的个人更有议价能力，甚至可以自主研发成本更低的矿机；而拥有一万台矿机的矿山，对电费的议价能力更高，甚至可以搬到电费便宜的国家和地区的电站，甚至自己建设成本更低的电站。因此，组织越大，综合挖掘成本越低，这正是现实世界中发生的情况。相比之下，PoS不需要依赖真正的硬件，也没有规模经济。在不考虑价格操纵的情况下，1个硬币的价格和1万个硬币的价格线性增加。从这个角度来说，PoS可能更公平，更有利于去中心化。

对PoS的另一个担心是它的安全性。毕竟PoS不再做PoW这样复杂的CPU操作来证明自己。在PoW中，如果要发动攻击，需要控制51%的计算能力(最近有研究发现，一次成功的攻击只需要25%的计算能力)，这意味着你需要拥有大部分矿机和计算能力资源。在PoS中，如果你想控制整个系统，你需要拥有51%的代币。哪个更安全？其实不太好讲，但是从现实世界的例子来看，如果把比特币的算法切换到PoS上，控制比特币系统大概需要比特币一半的市值，大概是400-1600亿美元(比特币的价格区间是5000-20000美元)。显然这个数字远远高于矿机的成本，用这么大的资金发动攻击几乎是不可能的。从这个角度来说，PoS可能更安全。

另外，PoS由于部署成本低(硬件要求低)，在现实世界中会导致代币非常容易分叉，产生一堆假币，而PoW不存在这个问题。 因为PoW依靠硬件挖矿，很容易改变比特币的某个参数。但是如果你真的想跑，你需要计算能力的大量支持，需要miner的大量支持。比如比特币现金，从比特币分支出来，就经历了波折。PoS根本没有这个顾虑。任何人都可以下载开源代码，随意修改。拉几个节点，他们就可以宣称自己创造了一个全新的令牌。比如从EOS(代币名称)上，他们可以很容易地叉出几十个或者几百个伪造的兄弟币，每个都声称是独一无二的。这话没错，但是不好说哪个好哪个坏。

POS的改进和优化

POS机制最关键的部分是下一个块验证器或创建器的选择机制。谁会是那个幸运儿呢？如上所述，根据账户资金的比例和概率来选择，其实是最简单的方式。这种方式确实容易造成有钱人得到一劳永逸的好处，从而损害网络中其他参与者的积极性。目前，有许多想法可以改善这个问题，其中基于硬币年龄的方法更有趣。在选择创作者时，除了钱的多少，还会考虑币龄(币龄)。币龄是指一枚硬币在某个账户中的停留时间。比如一枚硬币转入指定账户10天后，币龄可以认为是10，每次硬币发生变化，币龄都会从0重新计算。这样可以限制资金量大的节点频繁成为创建者。比如可以设置币龄达到30才可以成为创造者，成为创造者后币龄马上清零。事实上，这限制了大参与者的利益，为其他中小参与者提供了更多参与的机会。

一个基于PoS改进的著名方案是委托利害关系证明(DPoS)，其中采用了代理人委托机制。在DPoS中，不再可能所有节点都成为创建者，而是节点之间相互投票，只有部分票数最高的节点才能参与块创建过程。具体如下：

代理的职责包括保证自身节点的持续运行，收集交易信息并打包成块，签名、验证、广播块，解决网络中可能出现的一致性问题。

对于大多数DPoS链，网络中的所有代币持有者都可以投票给代理，投票权与持有的币数成正比。用户也可以将投票权委托给其他人代为投票，而不是直接投票。

投票是动态的和可变的，这意味着代理人可以在任何时候被选入或选出。一旦代理人被发现作恶或作弊，他将失去他的收入和声誉，这有助于鼓励代理人诚实，确保网络安全。代理商可以将收到的块奖励按比例分发给投他票的用户(这其实相当于行贿，有些方案是不允许的)。

与传统的PoS不同，代理商不再需要持有大量代币，而是必须相互竞争以赢得持币人的选票。

DPoS限制了交易块中验证者的数量，相当于牺牲了一定程度的去中心化，但带来了效率的提升，因为网络达成共识所需的工作量大大降低。

不难发现，DPoS通过引入投票机制，保证了节点尽可能广泛的参与；对验证器数量的限制(一般为21-101个)尽可能地提高了系统的运行效率。尽管充满争议，DPoS仍然是一个可行的解决方案，越来越多的区块链系统正在尝试改进和探索它。

POS机制的公链有哪些？

在公链中，很多项目都采用了PoS机制，比较著名的有：

以太坊

(以太坊：https://www.ethereum.org/):目前以太坊仍然采用PoW挖矿机制。但以太坊创始人、公链领域的领军人物维塔利克布特林(Vitalik Buterin)显然更偏爱PoS机制，并多次阐述PoS的设计哲学(https://medium.com/@维塔利布特林/a-proof-of-stage-design-philosophy-506585978 d51)。以及PoS相对于PoW的优势(https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Proof-of-Stake-FAQ #与工作证明相反，利害关系证明的好处是什么)。 目前以太坊正在开发基于PoS的Casper协议(https://arxiv.org/pdf/1710.09437.pdf)，预计今年下半年发布。这种从PoW到PoS的转变，也标志着以太坊进入2.0时代。如下图所示，在以太坊2.0的0阶段，将发布采用Casper协议的PoS信标链作为协调层(https://github . com/以太坊/wiki/wiki/Harding-Roadmap)。

以太坊2.0层和阶段

(https://docs . eth hub . 蓑衣网小编2022io/以太坊-路线图/以太坊-2.0/eth-2.0-阶段/)

EOS[DPoS思想的提出者丹尼尔拉里默(Daniel Larimer)发起了EOS公链项目，在这个项目中，许多节点将共同竞争，希望成为拥有记账权的21个超级节点之一。这种类似于现实世界议会制的设计引发了巨大的争议，超节点竞选也可能蕴含着巨大的商业利益，超出了技术讨论的范围，在此不做过多讨论。