来深度扒一下POS的历史和未来

一直行走在POS共识的边缘，多次打交道后感觉POS里面确实有很多值得玩味的设计哲学，忍不住好好了扒了一下POS的历史，发现整个POS史其实就是一场无数精英为之出谋划策的社会实验。这场实验当中，出来了无数多伟大的践行者，其中就包含一些大名鼎鼎的区块链人物，Sunny King、Vitalik、Charles、Auther B、Jae Kwon。

大神带领的项目本应该放我们放心，但追究POS的历史的过程中，卡咩才发现：POS的这一路，走的可不容易啊。

POS（Prove of Stake，股权证明机制）最早由Sunny King在2012年提出，在Peercoin实现了首秀。在2013年12月，Nxt将其改进并延续至今。同时期的Blackcoin，在随后的2014年2月，采用了一版更纯净的POS共识，但现在已鲜为人知。我们再看现在，现存的POS领域，我们看到只有卡咩一直关注的Tezos还在线，市值前20里面，真正采用POS共识的，真的是少得可怜。

到这我们不禁抛出一个疑问：从2012年到2018年，这期间长达6年左右的研究，难道就出不来成果？Ethereum的Casper和Cardano的Ouroboros 都4年了还在胎中？难道胎死腹中了？POS到底是不是区块链共识的未来？

也许我们都无法想象POS设计的过程中到底出了什么问题？也许对于普通投资者来说，12年到18年币价上涨所带来的收获是令人欣喜若狂的，但对于区块链开发者来说，特别是POS的信仰者来说，结果是极其惨烈的，也许同时期进展顺利的Cosmos，是对开发者些许的安慰了。

那到底POS在设计的过程中碰到了什么问题呢？

POS出发的本源就是为了解决POW产生的大量能耗问题，而POW大量能耗的产生是因为矿工为了争夺记账权的奖励。所以POS的设计点来到了，如何选择矿工来记账并同时不浪费大量能耗。

别看转换问题简单，这相当于把这套POW的设计逻辑都改了，能耗争夺记账所带来的经济模型是通过反复推敲的，最终的目的其实是保障整个网络中的安全。区块链被抽出来之前是比特币的底层，比特币致力于发展点对点的电子现金网络，如果网络不安全，也谈不上电子现金了，估摸着也就是极早期的一个极客玩物罢了。

现在POS要修改这套逻辑，是必就会碰到一些非常棘手的问题。

1. 去中心化：初始代币如何分配？

2. 垄断：如何避免节点垄断？

3. 51%攻击：如何避免51%算力攻击？

4. Nothing at stake的问题？

股权证明，其实就持有代币的权利，那代币的初始分配是否合理决定了后续依赖此分配的节点垄断情况，同时也会影响到节点垄断后是否会产生51%算力攻击的问题。最后第4个问题，其实就是采用POS共识的整个网络的抗攻击能力问题。

通俗点解释，POS最合理的情况就是：代币初始分配要平均，同时POS选取节点出块的时候要做到随机并且和持币量正相关，但又要保证Staking数量较少的节点也有一定几率被选中，尽量减少一个大户控制整个网络的情况发生。同时，还要控制非持币或者少量持币用户的网络攻击，因为攻击网络对于这些用户来说并没有什么成本。

Peercoin（PPC）是最早采用POS共识的，我们看设计者如何解决这个问题：

1. 去中心化：为了在初始能够去中心化的分配代币，Peercoin采用了POS+POW的混合共识，利用POW的方式了进行分配代币，和BTC的分配方式类同。

2. 垄断：同时Peercoin提出了币龄的概念来防止大户垄断，币龄与持有的币量和周期长短都有关系，一个地址的币量多，但时间不长就不会被经常选中来出块，反之也一样。Peercoin要求一个地址持币周期要超过30天，并且出一次块要币龄还要清0，重新计时，这样可以有效防止大户垄断的情况出现。

3. 51%攻击：对于51%的算力攻击是POS上代价非常高的攻击方式，攻击者必须持有超过51%的币量才能发起攻击，这样的攻击对于持币者并没有什么好处。

4. Nothing at Stake：Peercoin的开发者认为这是理论上的问题，实际中并不会发生，所以也就不解决了。

Nxt和BLK是在PPC上做的改进，Nxt和BLK都去除了PPC里面币龄概念和POW的部分，因为BLK的开发者觉得这样的设计对Staking的人并不友好，这会导致整个staking数量的减少从而更容易导致51%算力的攻击情况发生。所以BLK尝试用短暂的POW方式足够去中心化的分配代币，来保证垄断性的发生。其他第3、4点和PPC没有异同。

Tezos的POS去掉了POW的初始分配，转型用IC0的方式进行代币初始化分配，并且不设硬顶的方式来决定代币分配足够的去中心化。同时借用了Staking需要抵押一定比例的代币方式来防止垄断和Nothing at Stake的问题。其他的3、4点和PPC没有异同。

目前发展的情况，PPC、Nxt和BLK都没有完全死掉，只不过最开始的时候，这三种采用POS机制的都是冲着电子货币去的，到今年听不到声音也是因为如此，因为智能合约平台的兴起使得这些代币的知名度在不断下降，市值上也是不断下降。而新时代POS产物，带着新时代的信仰而来，势必会更受到人们的关注。

所以，我们也能看到，抵押金的模式现在基本成为了POS里面解决Nothing at Stake问题的主流，除了Tezos，现在开发正的Cosmos、Ethereum、Cardano和Pokaldot等都使用了这种方式来防止Nothing on Stake的情况发生。

攻击者发起攻击的时候，会承担抵押金被扣除的风险，这样保证了验证节点不会轻易发起作恶行为。同时，系统会奖励因抵押金锁定所造成的波动损失。这样，从奖惩两方面都给与了验证人/矿工不作恶的理由，保证了系统的稳定运行。

不过，值得关注的是，这套新的设计方案并没有在市场上经受很长时间的考验，Tezos的betanet也仅仅运行了2个月的时间，而其他的尚未开发成功，所以大家都不知道这种理论的验证方式是否能成功。而且这套理论模型的部署会碰到众多的问题，挑选验证人的算法，出块打包的算法，防止作恶的算法以及如何惩罚那些企图作恶的节点等等，这些都是实践过程中所会出现的问题。

往往这些细节设计问题才是POS的精华，非常值得玩味，从这些设计中可以真正理解到设计的逻辑，本篇文章篇幅有限，这部分我们留到下篇文章再继续来探讨。

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