以太坊2.0时代下的权益证明（PoS）到底是什么？

对加密圈来讲，2022 年 9 月 15 日下午 2 点 42 分可以说是一个里程碑式的时间节点。以太坊执行链与信标链在第 15537394 块成功合并，顺利进入 ETH 2.0 时代，共识机制也从原来的工作量证明（PoW）过渡到了权益证明（PoS），具体事宜可以阅读此前的《一面是“合并”，一面是“分叉”，以太坊或迎诞生以来最大变局》一文。

PoW 机制，是最早的共识机制，也是世界上市值最大加密货币 BTC 采用的共识机制，大家都比较熟悉。那以太坊升级后采用的 PoS 机制到底是什么呢？本文将为大家做一个详细的解读。

什么是 PoS？

PoS 和 PoW 一样，都是区块链达成分布式共识的一种共识机制。

在工作量证明（PoW）共识机制中，矿工通过自身算力进行大量的计算来寻找满足规则和小于难度目标的哈希值，从而对交易打包生成区块获取区块奖励。

而在权益证明（PoS）共识机制中，所有节点都可以通过质押 ETH 来参与，每次对新产生的区块进行验证后，验证者都可以按照自己质押 ETH 的比例获得一定提成，验证者质押的资产越多，持有时间越长，获得记账权的机会就越大，获得的奖励也越高。

PoS 如何运作

权益证明机制不需要消耗大量的电力能源，来打包新区块，而是用大量的质押代币来代替 PoW 机制中矿工的算力。在新版本的 ETH 中，每个想要成为验证者的用户必须向存款合约存入 32 个 ETH 并运行三种独立的软件：执行客户端、共识客户端和验证者。

用户存入 ETH 后，便会被添加进一个限制节点加入网络速度的激活队列，激活后，验证者会从其他验证者那里接收新打包的区块，重新执行块中交付的交易，并检查块签名以确保块有效。然后验证者在整个网络中发送投票（称为证明）支持该块。

在 PoW 机制中，网络可以自动调整难度来控制出块的时间相对稳定，PoS 机制中，出块的时间是固定的。ETH 转为 PoS 后每 12 秒（时隙）出一个块，被称为「slot」。

在每个时隙中，PoS 共识机制的算法会随机选择一个验证者作为区块提议者，被选为提议者的验证者打包区块并将打包的区块广播给其他验证者。另外在每个时隙中，PoS 算法还会随机选择一个验证者委员会，通过他们的投票确定所提议区块的有效性。

以太坊 PoS 机制中，每 32 个区块还设置了一个“检查点”，以此来管理以太坊区块的“最终确定性”。每 32 个区块中的第一个区块被称为检查点，验证者为他们认为正确的两个检查点（检查点对）进行投票，如果这两个检查点获得的投票大于全网验证者三分之二的投票，那么这两个检查点就会升级，较新的检查点会变为“合理（justified）”状态，旧的检查点会变为“确定（finalized）”状态。

PoS 机制的奖励、惩罚和罚没

PoS 的奖惩制度是 PoS 机制正常运行的一个关键部分，正是精密复杂的奖惩制度保证了以太坊够成为一个公平的、去中心化的、抗审查的健全系统。

1、奖励

验证者的收入（奖励）分为三部分：

提议一个新的区块。每个验证者一年大约只有 6 次机会去打包一个区块，但每次提议区块的奖励是比较多的，这一部分收入大约占验证者整体收入的 12.8%；

证明其他提议者提议的区块。虽然每次验证区块获得的奖励比较少，但是频率比较高，这个也是验证者最主要的收入部分，大约占总体的84.4%；

验证者还会不定期的被选入同步委员会，被选中的验证者将对区块头进行签名。这样轻客户端就可以检索这些被验证过的区块，而无需访问整条历史链或整个验证者集，这也会获得奖励，大约占整体奖励的3%。

2、惩罚

当一个验证者未提交或者没有正确提交检查点对的投票时，就会收到系统的证明惩罚，验证的质押余额会被销毁一部分，这一部分等同于验证者正确提交了投票获得奖励的数量。

另外，当一个验证者被选入同步委员会时，如果验证者没有签名，也会受到惩罚，被惩罚的数量相当于正确签名获得的奖励的数量。

3、罚没

如果一个验证者进行了不诚实的区块提议或区块证明，那他将受到更加严重的罚没，这也将会导致验证者被网络强制移除，并且质押的 ETH 也会产生损失。

以下情况可能会被罚没：

提议两个冲突的区块

错误的验证检查点

篡改区块记录

如果被检查到有以上违规行为，验证者立马会受到罚没，其质押的 ETH 会立即被销毁 0.5 个。接着还有一个为期 36 天的移除期，在此期间，验证者的押金会逐渐被削减；另外如果验证者被罚没之前 18 天内有其他被罚没的验证者，他们可能会受到关联惩罚，损失更多的 ETH。最大的罚没就是验证者的全部余额都被销毁。

质押现状

Dune 的数据面板显示，现在 ETH 2.0 质押总人数已经超过了 43 万，质押 ETH 的数量将近 1400 万。大部分的质押代币是由少数的机构添加的，所以这些机构获得打包区块的几率会更高，在以太坊合并之后的几个小时内，超过40%的网络区块是由两个实体添加的：Coinbase 和 Lido，Lido 的市场占有率为 30.24%，Coinbase 的市场占有率为 13.69%。

PoS 机制的优缺点

1、优点

更加节省资源，以太坊在合并后，对电力的消耗削减了99.8%；

更加去中心化，PoS 不需要要求非常高的设备来进行挖矿，质押使个人更容易参与其中保障网络的安全，促进去中心化；

更加安全，相对于 PoW 机制，攻击者如果想要发动攻击，不仅需要更多的成本，还将会承受更大的损失；

发行较少的 ETH 就可以激励网络参与者，同时降低了以太坊的通胀率。

2、缺点

PoS 机制还处于早期阶段，经过的实践检验较少；

实现 PoS 机制的方法更加复杂；

存在单个客户端主导以太坊的潜在威胁。

结语

自从 2013 年 11 月以太坊白皮书发布以来，以太坊也在它诞生的第十年迎来了「合并」，成功地将 ETH 的共识机制从 PoW 转变为 PoS。作为目前市值排名第二的加密货币，以太坊合并后的网络效率以及在加密货币中的地位也将进一步提高。

然而，不仅区块链技术目前尚处早期发展阶段，PoS 共识机制的实践经验也有待探索，而且全球虚拟货币和区块链的相关监管措施也尚不完备，因此，不论是以太坊还是整个加密行业的发展过程中，必然存在许多不确定的风险。