碳足跡：工作量證明與權益證明

原標題：碳足跡：工作量證明與權益證明

本文要點：

• 工作量證明（Proof-of-Work）和權益證明（Proof-of-Stake）是大多數區(qū)塊鏈網絡所使用的兩個主要共識機制。
• 第一個被發(fā)明的工作量證明機制是Hashcash。Hashcash是由Adam Back在2002年發(fā)明的。
• 工作量證明解決了拜占庭將軍問題。當一個去中心化的網絡的控制權集中在一個中央機構時，就會出現拜占庭將軍問題。
• 盡管存在環(huán)境問題，但比特幣和其他PoW區(qū)塊鏈的高能源消耗率是其最大的優(yōu)勢。

工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）已經成為大多數區(qū)塊鏈采用的兩個最主要的共識機制，以確保共識和維護其網絡的狀態(tài)。雖然工作量證明先于股權證明，但兩種共識算法都需要能源（電力）來執(zhí)行其基本功能。然而，它們的能源消耗到什么程度，以及在碳足跡方面對環(huán)境有什么影響呢？

第一個發(fā)明的工作量證明機制是Hashcash--由Adam Back在2002年提出。PoW已經從Hashcash機制發(fā)展到一個更復雜的機制，被比特幣和其他老一代區(qū)塊鏈如萊特幣和以太坊所利用。

工作量證明機制幫助比特幣區(qū)塊鏈通過由礦工控制的分布式節(jié)點在其網絡中實現共識。通過將網絡上的節(jié)點分配給礦工（分散在不同地點），比特幣區(qū)塊鏈防止了中本聰在2009年提出的被稱為拜占庭將軍的常見問題，從而實現去中心化。

什么是拜占庭將軍問題？

拜占庭將軍問題是比特幣等去中心化系統(tǒng)的同義詞。在比特幣網絡中，有多個用戶，包括礦工。網絡上的礦工經常要就一個目標或區(qū)塊鏈的合適軟件版本達成共識。

當少數人或中央機構控制了網絡的大部分時，就會出現拜占庭將軍問題。由于這個原因，去中心化受到影響。比特幣區(qū)塊鏈使用工作量證明共識來解決這個問題。

工作量證明共識是如何運作的

工作量證明（Proof-of-Work）或PoW，正如其名稱所暗示的那樣，要求網絡的參與者執(zhí)行某些任務以確保其安全。比特幣區(qū)塊鏈上有礦工參與網絡。這些礦工競爭解決加密難題，其解決方案必須得到所有節(jié)點的同意，以達成共識，然后用于驗證交易，增加區(qū)塊和產生新的比特幣。礦工通過解決這些謎題和成功添加新區(qū)塊獲得獎勵。

在工作量證明區(qū)塊鏈上挖礦需要大量的計算能力和能量。采礦過程是通過被稱為特定應用集成電路（ASIC）或采礦機的能源密集型特殊計算機完成的。隨著越來越多的礦工加入網絡，其安全性得到提高，使壞蛋無法執(zhí)行垃圾郵件、51%甚至是拒絕服務（DoS）攻擊。

面對更多的區(qū)塊鏈網絡的到來，發(fā)生了從能源密集型的PoW到更可擴展的權益證明共識的過渡，它消耗的能源更少。目前，還有其他幾種共識算法，如概念證明、授權證明、委托證明等等。

權益共識機制

PoS共識采用了一種不同的采礦模式。在這種模式下，礦工被稱為stakers或validators，不需要執(zhí)行任何加密任務。賭注證明模式用賭注取代了計算能力，這樣，用戶持有的代幣數量決定了他的采礦能力。例如，如果一個用戶持有3%的代幣供應量，他只能開采網絡中3%的區(qū)塊。挖礦是通過在智能合約中押注代幣來完成的，而不是借助ASIC機器和大塊的計算能力來挖區(qū)塊。

由于許多因素，發(fā)明了PoS共識，作為PoW的替代。第一批采用權益證明共識的加密貨幣包括Nxt（NXT）和Peercoin（PPC），它們結合了PoW和PoS算法。PoS已成為最受歡迎的共識算法，被幾個新一代區(qū)塊鏈采用，如Algorand、Solana、Tezos，以及最近的以太坊2.0（ETH 2.0）。

工作量證明 Vs. 權益證明

這兩種共識算法都有其獨特之處，使其受到成千上萬用戶的喜愛。然而，區(qū)塊鏈用戶在一個問題上未能達成一致--每種共識算法消耗多少能源及其對環(huán)境的影響。

根據比特幣能源消耗指數的估計，一筆比特幣交易消耗的能源相當于一個普通美國家庭57.25天的能源，也就是每年約132.5兆瓦時。這與2015年的估計結果形成鮮明對比，2015年的估計結果顯示，一筆比特幣交易可以為一個美國家庭供電1.57天，每年119.87太瓦時。

根據TQ Tezos的數據，比特幣的能源消耗能夠為阿根廷或烏克蘭這樣的中型國家供電。雖然比特幣區(qū)塊鏈依靠如此多的能源來產生交易區(qū)塊和新的代幣，但這種能源消耗對環(huán)境的影響一直是區(qū)塊鏈愛好者關注的話題。因此，工作量證明共識因其過多的碳足跡而受到批評，這被比喻為駕駛一輛以汽油為動力的轎車行駛一千公里。在這之后，人們呼吁轉向可再生能源，或者更可取的是，轉向PoS算法。

PoS消耗了多少能源？

對于股權證明網絡所消耗的能量，目前還沒有具體的估計。盡管如此，Danny Ryan--以太坊基金會的研究員表示，權益證明網絡的能源消耗比工作量證明低99.99%。Ryan是針對以太坊2.0--以太坊區(qū)塊鏈的PoS版本--做出這一估計的，該版本計劃于2022年第二季度發(fā)布。

由于其能源效率，PoS被吹捧為一種更好的共識算法。PoS比PoW留下更少的碳足跡，因為它的能源消耗比后者低。然而，比特幣區(qū)塊鏈和其他工作量證明網絡的高能源消耗率被認為是其最大的優(yōu)勢。這是因為網絡規(guī)模越大，其安全性就越強（比特幣區(qū)塊鏈尚未遭受利用的一個主要原因）。此外，隨著比特幣價格的上升，挖掘新的區(qū)塊變得越來越困難，從而需要更多的能源。

盡管PoS的能源消耗率可以忽略不計，但它并非沒有挑戰(zhàn)，其中一些挑戰(zhàn)包括治理問題，以及它容易受到攻擊，如果一方持有51%的代幣供應，使他能夠對網絡進行完全控制，這意味著對網絡的安全性的損害。有了這樣的權力，他可以阻止其他用戶開采區(qū)塊。因此，去中心化的本質被打敗了。

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