ETH合并在即，PoW和PoS孰优孰劣？

随着以太坊即将从PoW转为PoS共识机制，关于PoW工作量证明和PoS权益证明机制的优劣再次引发了讨论。

Kraken最新的报告考察了PoW和PoS共识机制对女巫攻击（Sybil Attack）攻击的抵抗能力。女巫攻击旨在通过操纵多个账户、节点或计算机来控制整个网络。加密领域最常见的女巫攻击是51%攻击，攻击者试图接管至少51%的所有节点来控制整个网络。由于去中心化是区块链的核心要素，因此抵御女巫攻击至关重要。

（图）PoW和PoS项目市值占比

PoW和PoS机制都需要节点对网络进行投资并得到激励，从而一起运行和维护一个诚实和去中心化的系统。根据报告，PoW机制的市场主导地位为58%，而PoS为12%。从上图可以看到，PoS项目的市值占比呈上升趋势。

PoW工作量证明

PoW机制需要算力来解决数学问题以挖掘区块，矿工在其运营中投资硬件和电力，并在挖出区块时获得区块奖励。

优势：

（图）PoW区块链51%攻击理论上需要的成本

作为加密领域的主流共识机制，PoW系统在实践中的测试远远超过PoS机制。PoW区块链对51%攻击的抵抗力很强，因为接管超过一半的节点成本太高。攻击者很难获得足够的收入来支付超过51%的节点的电力和硬件成本。

在PoW机制中，操纵治理协议也特别困难。由于一个节点计为一票，因此很难强制达成全网共识。PoS网络则不同，因为质押量最大的用户可能在治理决策中占据绝对上风。

PoW系统在设计上不鼓励分叉，当账本出现分叉时，矿工必须选择一个方向进行挖矿。在分叉的情况下，他们不会轻易冒险为可能无法成立分叉的链进行挖矿。在PoS系统中，分叉相对比较容易，因为PoS矿工可以轻松地为原始链和分叉链进行质押，以争取实现利益最大化。

劣势：

PoW机制严重依赖功耗，这也引发了主流社会对其环境影响的担忧。此外，矿工需要不断更新挖矿设备，以保持最高效率的生产。小型的PoW网络容易受到51%攻击，因为攻击者可以承受接管超过一半节点的成本。另外，由于所有节点都是匿名运行的，因此无法检测恶意节点或阻止其参与区块链活动。

PoS权益证明

PoS系统依靠锁定的token来运行网络。PoS 矿工不消耗电力和操作硬件，而是通过质押token参与网络。网络都会在积极质押的节点中随机选择，以验证交易的有效性并产生下一个区块。

优势：

（图）BTC、ETHPoW、ETHPoS能耗对比

PoS网络消耗的能源很低，比PoW网络更加环保。这也是以太坊最近与其Goerli测试网合并的主要动机。由于不需要比拼算力，PoS网络不需要矿工定期更新采矿设备。

由于PoS网络依赖于质押的token，因此一旦识别出恶意节点，就有可能将其切断。除了阻止恶意节点再次参与链上活动之外，网络还可以没收其质押的token作为惩罚，这也是对矿工开采诚实区块的保护和激励。与PoW比拼算力不同，PoS系统通过随机选择块验证器竞争，从而提高了效率。

总体来说，PoS网络很容易参与，因为它们不需要太多的电力或特殊的硬件。这降低了进入门槛，让更多人可以参与PoS网络。

劣势：

PoS网络是一种相对较新的技术，经过实战测试的次数远远少于PoW网络。某些 PoS 网络在未来可能容易受到攻击。拥有最多质押token的节点可以在治理投票中占据上风。因此，PoS区块链更容易出现中心化风险。

尽管PoS网络通常会降低准入门槛，但一些PoS区块链需要大量初始投资才能成为节点。这可能会阻止网络增长并使其逐渐转变为中心化区块链。

小结

考虑到这两种机制的优缺点，Kraken报告得出的结论是，两者都不能非常完美地抵御女巫攻击。然而，每一种都为区块链提供了不同的好处，根据区块链的目的，这些优势可能很有价值。如果用一句话来总结，那就是PoS主打可扩展性，PoW致力于去中心化和安全。

PoW机制提供了强大的去中心化和安全性，相对比较难以变成中心化网络，并且不鼓励分叉。PoW 网络比 PoS 更适合价值存储、硬通货等用例，因为它不允许网络中最富有的人接管网络并提供更高的安全性。

PoS机制对于重视可扩展性的网络来说是更节能和更好的解决方案。网络随机附加节点以加速该过程，诚实节点可以将恶意节点阻挡在系统之外。PoS网络有利于运行智能合约等具体用例。这也是ETH之所以要升级的原因——ETH前期经历了PoW时期的公平启动，完成了筹码的分散，未来转为PoS后依旧能够保持较高的去中心化程度和安全性，用时间换取了扩容来运行大规模应用的空间。