Web3的印鈔機，PoS權益證明

聲明 我研究區塊鏈純粹是為了學習，炒幣與WEB3投資并不是我寫本文的目的，我關注的還是支付創新技術以及反洗錢。想發財、想兌換、想遠程、想代理我都幫不了你。謝謝！

大家好，我是剛哥！

共識機制是WEB3的靈魂，他就是“讓全網計算節點進行交易同步，以實現交易的不可撤銷”。

同時它也是一條鏈的“經濟算法”，通過“質押、獎勵、罰沒”實現了生態的平衡與穩步的升值。

這次，我用圖解來介紹——PoS算法。顯然，用一張簡潔的圖表達一個算法有點難，但不畫出來又怎么能了解到PoS的精妙和不足呢？

01 PoS權益證明

以太坊早期采用的“PK算力”的PoS（工作量證明，Proof of Work），由于高耗能與共識緩慢等原因，在2020年開始切換到PoS（權益證明）。

PoS（權益證明，Proof of Stake）其中Stake就是“權益、質押”的意思，他需要驗證者質押代幣來進行權益證明。

1.PoS核心特性

PoS 相較于 PoW 的核心優勢在于，它通過代幣質押取代了算力競爭，并且通過獎勵來提升驗證者的積極性，通過罰沒機制來防止作惡。

并且，通過驗證者分組投票的方式將驗證時效壓縮到了12秒出塊，大幅度的提升了交易效率。PoS的其他特性參看圖1。

圖1：PoW與PoS比較 2.以太坊經濟模型

以太坊的經濟模型非常精妙，他通過質押、獎勵和罰沒，讓參與者能夠分享收益，而讓作惡者在經濟上難以得逞。

圖2：以太坊經濟模型

1. 質押機制：成為以太坊全節點的驗證者，需要質押32ETH。

2. 獎勵機制：驗證者完成共識后會得到代幣和Gas費的獎勵，超過32ETH驗證者會返回錢包。

3. 罰沒機制：升級到PoS后，作惡者想讓以太坊分叉，至少需要超過1/3的質押代幣，這在經濟上是無法承受的，所以非常安全。

4. Gas銷毀：用戶支付的Gas費大部分會被銷毀，ETH實現了通縮并升值（Gas詳細的內容我們后面介紹）。

那PoS共識機制到底是怎么運行呢？下面就給大家拆解下原理。

02 PoS核心原理 1.變快秘訣

PoS之所以能夠把速度提升12秒完成全網共識，這得益于它把每個節點的工作都限定了規定時間內完成，如果“掉鏈子”就會有“節點”頂上，然后處以罰款。

因此這里需要先了解他的時間分配的幾個概念。

圖3：PoS的運行時間分配

1. Slot（時間槽，12秒）：以太坊每12秒生成一個slot，在這個時間段內由1位提出者創建區塊，委員會成員進行驗證和簽名投票。一個slot區塊鏈處于“已提出”狀態。

2. Epoch（時間段，6.4分鐘）：32個slot組成一個Epoch，此時已經積累了32個區塊的交易，驗證者會對Epoch的檢查點進行投票，以避免有人在共識過程中進行篡改。這時候Epoch的狀態是“已驗證”。

3. 2次Epoch（最終態，12.8分鐘）：當第二次Epoch后，已經積累了全網所有參與者的投票，此時進行最后一次檢查，這個批次的區塊就是“不可逆”了。

這里我們發現，以太坊通過這種方式提升了整個共識驗證的效率，但是12秒也是以太坊速度極限了。

2.核心流程

了解了PoS的時間分配后，我們再來看下整個共識過程是如何高效、安全的執行。

圖4：PoS（Proof of Stake）核心流程

1）驗證者挑選

以太坊每12秒就會生成一個slot，此時這個slot會從幾百萬個候選節點中選出1個“提出者”（Proposer）負責打包交易，以及分批次挑選出“投票委員會”（Committees）負責監督和投票。

2）開始Slot時段（12秒）

• 提出者出：提出者打包生成好區塊后，會廣播給相應的“委員會"成員；

• 委員會投票：參與投票的“委員會”進行“驗證、簽名”。

• 聚合簽名：這些簽名會收集到一起進行聚合簽名，并且傳給下一位提出者。

• 新提出者投票/出塊：新提出者要做兩件事，除了負責出塊，還要把收集的簽名給上游的區塊進行投票。

3）第1次Epoch（6.4分鐘）

完成第一輪的32Slot投票后會開啟Epoch，所有節點都會檢查是否有節點作弊，如果檢查通過，此時已經有2/3的節點完成驗證了，數據已經很難再被篡改了。

4）第2次Epoch（12.8分鐘）

當進行第二輪Epoch時，全網的所有節點都完成了共識。此時已經實現了數學證明上的不可逆。即使出現不可抗的天災都無法逆轉了。（比傳統金融機構的兩地三中心都靠譜很多）

5）獎勵和罰沒

最后會對所有的參與者進行“ETH和Gas費”的獎勵，當然有作弊和掉鏈子的會“罰沒”他們質押的代幣。

03 Gas費分配與銷毀

最后我們再來介紹下Gas費的分配機制，這在交易中是非常重要的。它決定了你的交易成本，同時也體現了以太坊實現持續（通縮）升值的長期主義。

早期，以太坊的Gas費會全給驗證者（就像比特幣一樣），這種模式會讓驗證者優先打包手續費高的交易，不僅讓大量低Gas費的交易擁堵，還會不斷的推高Gas費，最終ETH越來越多，自然就通脹貶值了。

圖5：Gas費拍賣機制

因此，推出了EIP1559協議，它實現了Gas費“大部分銷毀、小部分獎勵”。從圖中可以看到，用戶支付的Gas分為“Base Fee”和“Priority Fee”兩部分。

• Base fee（基礎費）：占80%以上，這些Gas費都會被銷毀。

• Priority Fee/Tip（小費）：獎勵給驗證者，但它占比很小，他僅在交易擁堵的時候會有所提高。

通過這種機制，當銷毀大于增發的代幣后，ETH就實現了升值。所以以太坊這種Gas銷毀機制讓大家都關注ETH的長期收益，而不是短期的手續費。從而實現了“用戶和驗證者”之間的精妙平衡。