1、以太坊推出首個公共測試網用于全面升級至權益證明(PoS)

12月21日消息，以太坊核心開發人員 Tim Beiko 在Twitter上宣布，以太坊將推出第一個公開測試網 Kintsugi Merge Testnet，用于全面升級到權益證明（PoS）。Tim Beiko 還表示，盡管客戶端開發和 UX 會不斷改進，但鼓勵用戶盡早開始使用 Kintsugi，以便在合并后的環境中熟悉以太坊網絡。重大升級將由存入 32 ETH 的抵押者執行。目前，230 萬個測試網 ETH 已經由相對 7.2萬名驗證者存入新網絡，這表明社區已經為“加密領域最大的升級”做好了充分準備。 此外，根據報告，應用程序開發人員不會有太大變化，僅與共識層或執行層交互的工具也基本不受影響。

什么是權益證明？

權益證明是一種區塊鏈網絡達成共識的共識機制。

這將要求用戶抵押他們的以太幣從而成為網絡中合法的驗證者。 驗證者有著與礦工在 工作量證明（pow）中相同的職責：將交易排序和創建新的區塊，以便讓所有的節點就網路狀態達成一致。

權益證明相較于工作量證明系統有許多改進：

1、提高能效——您不需要大量能源去挖掘區塊

2、門檻降低，硬件要求減少——您不需要優秀的硬件從而獲得建立新區塊的機會

3、更強的去中心化——權益證明可以在網絡中提供更多的節點。

4、更有力的支持分片鏈——一個得以擴展以太坊網絡的關鍵升級

權益證明、權益質押和驗證者

權益證明是一種用于激勵驗證者接受更多質押的基本機制。 就以太幣而言，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。 驗證者被隨機選擇去創建區塊，并且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。 一個用戶的權益也被用于激勵良好的驗證者行為的一種方式。 例如，用戶可能會因為離線（驗證失敗）而損失一部分權益， 或因故意勾結而損失他們的全部權益。

以太坊權益證明是如何運作的？

與工作量證明不同的是，驗證者不需要使用大量的計算能力，因為它們是隨機選擇的，相互間沒有競爭。 他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊并且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。 此驗證被稱為證明。 你可以認為證明是說“這個塊在我看來沒問題”。 驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵。

如果你為惡意區塊提供證明，你就會失去你的股權。

權益證明和安全性

權益證明中仍然存在 51% 攻擊的威脅，但對于攻擊者來說攻擊成本越來越高。 要發起 51% 攻擊，你需要掌控 51% 以上的以太幣股權。 這不僅僅是一筆巨款，還很有可能導致以太幣貶值。 破壞你的貨幣價值的大部分權益是非常容易的。 當然也有更強有力的激勵措施來保持網絡的安全和 健康 。

信標鏈上的權益消減、踢出和其余懲罰、協調來防治其他惡意行為。 驗證者還將負責記錄這些事件。

優缺點

優點

權益質押讓您更容易運行一個節點。 這不需要在硬件或能源方面進行巨額投資。 如果你沒有足夠的 ETH 來進行質押，你可以加入質押池。

權益質押更加去中心化。 它允許更多人參與，并且更多的節點不意味著像挖礦一樣增加百分比的回報。

權益質押可以保證安全的防護。 分片鏈允許以太坊同時創建多個區塊，增加交易輸送量。 將以太坊網絡置于工作量證明系統內，這會降低網絡被攻擊所需的算力。

缺點

與工作量證明相比，權益證明仍處于起步階段，并且沒有經過實際應用的測試。

2、【Discover ETH】什么是權益證明PoS

本篇作為Discover系列文章的開篇，結合ETH2.0的目標，來談談權益證明PoS是什么。

在談PoS之前，我們先來了解一下共識。共識，即達成了普遍協議。區塊鏈實質上是一個全球性的狀態機，達成共識意味著網絡上至少有超過一半（51%）的節點同意網絡的下一個全球狀態。
共識機制 （也稱為共識協議或共識算法）允許分布式系統（計算機網絡）協同工作并保持安全。當前主流的共識機制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設計之初就希望最終以太坊的共識機制能轉變為PoS，而PoW只作為一個過渡階段。但無論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實現分布式計算機的共識機制。下面先簡單了解工作量證明（PoW）的工作機制。

工作量證明通過礦工們完成，礦工們需要競爭創建最新區塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網絡中的其他節點分享最新區塊，并且獲得最新的特定代幣區塊獎勵（如以太坊的以太幣）。由于用戶需要擁有超過網絡中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網絡安全得以保證。 這將需要巨大的設備和能源投入，所需的開支甚至可能超過收益。
工作量證明是08年在中本聰所創造的比特幣中提出的，至今已經經過了充分的考驗和測試，但隨著越來越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區塊的難度指數爆發式上升，也面臨的如下的問題：

PoS作為ETH2.0關鍵的建設目標，其作用不僅僅只是因為PoW帶來的環境不友好的能源消耗，還有PoS的建設能更有力支持 分片鏈 （以太坊網絡擴展的關鍵升級），更強的去中心化特性等等。下面從幾個方面來簡單談談權益證明PoS的工作過程。

在以太坊中，工作量證明的過程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過算力試錯來反復計算，以此生成一個低于目標隨機數的混合哈希。這個計算難度依賴于區塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權益證明中，則沒有礦工這一角色，與之對應的是稱之為 驗證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。驗證者被 信標鏈 隨機選擇去創建區塊，并且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊并且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。此驗證被稱為證明。
驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵，對于一些惡意驗證者節點，也會有相應的懲罰機制使之失去質押。驗證者質押的ETH越多，獲得的獎勵也越多。可以這樣說，權益證明是一種用于激勵驗證者接受更多質押的機制。

前面提到了 分片鏈 這個名詞， 分片 就是將區塊鏈分成多條鏈。驗證者將會在不同的分片上處理它們的分片數據，以此來提高區塊鏈的工作效率。ETH2.0預計會有64個分片鏈。
驗證者會被隨機洗牌到不同的分片中，以防止驗證者惡意操縱節點并提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數據的關鍵角色就是 信標鏈 （Beacon Chain）。
信標鏈 是協調分片信息、管理驗證者的連接不同分片的橋梁。
當用戶在分片上提交交易時， 驗證者 將負責將用戶的交易添加到分片區塊中。 信標鏈 通過算法選擇驗證器以提出新的塊。如果一個驗證者沒有被選中提出一個新的分塊，它們將會證明另一個驗證者的提議，并確認一切都正常。
至少需要 128 個被稱為 委員會 （ committee ）的驗證者來證明每個分片塊。委員會有一個提出和驗證分片區塊的時限，這個時限被稱為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個插槽只能創建一個有效區塊，一個 周期 （ Epoch ，大約6.4分鐘）有 32 個插槽。
每個周期過后，委員會都由不同的、隨機的參與者解散與重組，重組過程由一個半隨機算法 RANDAO 來選擇，以此避免惡意節點的操縱。

ETH2.0使用 Cassper 終局協議來確認一個新的區塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當前參與計算的2/3的驗證者節點），該區塊就會被最終確定。而推薦此區塊的驗證者將獲得獎勵。因此，在權益證明的機制下，每過6.4分鐘就會創建一個新的區塊。關于Cassper協議的詳細說明后續再進行探索。

權益證明的建設以太坊在15年就已經提出，截止至今也才完成了Phase 0信標鏈的建設。而下一階段的與主網合并，再下一階段的分片鏈建設也一再推遲。雖然PoS的建設非常緩慢，但無論如何，權益證明作為主流的共識機制算法之一，也是值得我們探討其設計原理。
后續將會針對信標鏈的詳細設計、分片等ETH2.0內容進行探索。

3、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統中不得不了解的“拜占庭將軍問題”了。

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰國時期就發明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執行。

在分布系數系統中，各個節點就是“拜占庭將軍”，算法執行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發的一個“哈希現金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數，其具體的工作原理實在太專業，我們只需要理解到“SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數；技術上而言，任何新增區塊都需要經過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網節點就認可了他所付出的成本，承認新的區塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或實際用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節點來控制網絡。

雖然在2009年時為了構建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網絡，沒有更好的選擇；但是發展到如今，已經有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權益證明。

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PoS，權益證明 Proof of Stake

主要思想是：節點記賬權的獲得難度與節點持有的權益成反比，也就是說，一個節點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據每個節點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數量*擁有天數。

由于區塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產生創世幣；

在創世幣達到一定規模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產生區塊的優先權，并獲取利息，同時PoW機制由于消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機制，不過正在轉向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

4、區塊鏈共識機制之POS和DPOS

工作量證明算法作為區塊鏈第一個也是目前經受住足夠實踐檢驗的一個共識機制，解決的是分布式系統交易信息一致性的問題，在一個去中心化的網絡中構建了彼此不信任節點的信任機制，也是比特幣成功應用的關鍵技術環節。

經過幾年的實際運轉，這一算法的弊端也顯露出來，比特幣網絡每秒完成600萬億次SHA256運算，消耗了大量的電力資源，而最終這些計算沒有任何實際或科學價值。這些運算存在的唯一目的是用來解決工作量證明問題，另外一個現實的威脅便是算力集中，工作量證明本質上是利用窮舉法找出符合規定條件的哈希值的過程，算力越強，獲得記賬權(即挖到礦)的可能性便越高，一開始是最早利用顯卡挖礦的人，后來是利用FPGA礦機的人，再后來是利用ASIC專用芯片挖礦的人，現在就是不斷制造出更好的ASIC的人，另外還有“礦工”節點聯合起來組成礦池，如Ghash，Ghash 2014年曾經發表聲明，將在今后確保不超過40%的全網算力，這類自律聲明是對比特幣去信任機制的莫大諷刺。

比特幣自誕生以來，人們便開始嘗試其他除了工作量證明算法之外的其他共識機制，如具有代表性的權益證明POS、委托權益證明DPOS、拜占庭容錯機制（BFT）及實用拜占庭容錯機制（PBFT）等，下面將主要介紹POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

權益證明POS

POS是一類共識算法，或者說是一類共識算法的設計思想，而不是一個，最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一個化名Sunny King的極客推出的一類加密貨幣，采用工作量證明機制+權益證明機制，首次將權益證明機制引入了加密貨幣。Peercoin引入了“幣齡”的概念，每個幣每天產生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。當一個新的區塊產生時，其他想獲得記賬權的節點同比特幣也需要計算哈希值，得出滿足條件哈希值的難易與難度值有關，這個難度值這里與幣齡成反比，即你的幣齡越大，得出符合條件的哈希值的概率就越大，同時你的幣齡被清空，記賬后系統會給予你相應“利息”，你每被清空365幣齡，獲得利息為：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率為1%，即0.08個幣。

可以看出，在POS機制下，持有幣越多，越容易獲得記賬權，接近于贏家通吃的感覺，但持有的幣越多，越接近于一個誠實的節點，因為破壞整個網絡帶來的損失也越大。Peercoin的POS機制有一個漏洞，對于不持有幣的人而言，他們本來就沒什么收益，所以一些惡意攻擊對于他們則是無損失的，這就是Nothing-at-stake attack（無利益攻擊）。后續的比較成功的POS都引入了對付這種攻擊的機制。

以太坊系統的目標是在今年引入權益證明，即Casper。在權益證明共識機制之下，用戶將能夠在以太坊網絡擁有“幣權”。用戶如果誠實行事并確認了合法交易，將獲得與其股權成比的利息；如果惡意行事并試圖網絡中作弊，就會失去其權益。

委托權益證明DPOS

委托權益證明DPOS是POS的變種，運用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在于全網投票選出101個節點代行記賬權限，這些代表節點的權限完全一致。代表節點輪流記賬，可以選擇創造區塊或不創造區塊。但他們無法改變交易的詳情，惡意或者遲到的代表節點的行為也會被公之于眾，那么網絡可能將他們簡單快速地投票驅逐出去。被驅逐出去的代表節點將會失去他們記賬權限，以及對應的收入。

DPOS作為是一種弱中心化的共識機制，保留了一些中心化系統的關鍵優勢，如交易速度等(每個塊的時間為10秒，一筆交易在得到6-10個確認后大概1分鐘，一個完整的101個塊的周期大概僅僅需要16分鐘)，但每個持幣者都有能力決定哪些節點可以被信任，并且事實上，代表節點會主動降低自己的收入來贏得更多投票，剩下的收入會作為股息，支付給所有的比特股持有人。DPOS有點類似于代議制民主及股份公司董事會制度，都是一種精英制度，但其身份受制于下面的民眾，在DPOS中，幣的持有者至少有權決定代表節點—或者說礦工的身份。

5、以太坊基金會:ETH將在未來幾個月轉向PoS 能源消耗至少減少99.95%_百 ...

長話短說：以太坊在合并完成后的能源消耗至少能減少99.95%。

以太坊將在接下里的幾個月完成向權益證明（PoS）共識機制的過渡，這帶來了無數種已被理論化的改進。但既然信標鏈（ Beacon chain）已經運行了幾個月的時間，我們實際上就可以深入研究具體的數字了。我們很高興 探索 的一個領域涉及新的能源使用估算，因為我們將結束在共識上花費一個國家所耗能源價值的過程。

截至目前，還沒有任何關于能源消耗（甚至使用什么硬件）的具體統計數據，因此下面是對以太坊未來能源消耗的粗略估算。

由于很多人都在運行多個驗證器，因此我決定使用可存款的獨立地址的數量，來作為今天有多少臺服務器的代理數。很多質押者可以使用多個 ETH 1.0地址，但這在很大程度上抵消了那些冗余設置。

在撰寫本文時，有來自16405個獨立地址的140592個驗證器。顯然，這是由于交易所和staking質押服務造成的偏差，因此移除它們會導致有87,897個驗證器被假定是在家里質押的。作為一個健全的檢查，這意味著平均每個家庭質押者運行了5.4個驗證器，這對我來說似乎是一個合理的估計值。

能源要求

運行一個信標節點（BN）、5.4個驗證器客戶端（VC）以及一個以太坊1.0全節點需要多少能量？以我的個人設置為基礎，大約是15瓦。Joe Clapis（Rocket Pool開發者）最近運行了10個驗證器客戶端（VC），1個Nimbus信標節點（BN）以及1個10Ah USB電池組的Geth全節點，然后運行了10個小時，這意味著這個設置平均為5瓦。而一般的投資人不太可能運行這樣的優化設置，所以我們取100 瓦作為參考數。

將其與之前的87000個驗證器相乘，就意味著家庭質押者的消耗電量約為1.64兆瓦。估計托管質押者所消耗的能源會更多一些，他們運行了成千上萬個具有冗余和備份的驗證器客戶端。

為了簡化計算，我們還假設他們每5.5個驗證器使用100瓦。基于我所接觸過的基礎設施團隊，這是一個粗略的高估值。真正的答案要少50倍左右（如果你是一個質押托管團隊，并且每個驗證器消耗電量超過5瓦，我相信我可以為你提供幫助）。

因此，總的來說，采用權益證明（PoS）的以太坊網絡會消耗大約2.62兆瓦的電量。這不是一個國家的用電規模，也不是省甚至城市的用電規模，而大約是一個小鎮（約2100個美國家庭）的用電規模。

作為參考，當前工作量證明（PoW）以太坊網絡所消耗的能量相當于一個中等國家的能源，但這實際上是保持PoW鏈安全所必需的。顧名思義，PoW達成共識的基礎是哪個分叉在這方面做的“工作”最多。有兩種方法可以提高“工作”完成率，一是提高挖掘硬件的效率，二是同時使用更多的硬件。為了防止區塊鏈被成功攻擊，礦工必須比攻擊者更快的速度“工作”。由于攻擊者很可能擁有類似的硬件，礦工必須保持大量高效的硬件運行，以防攻擊者挖出它們，所有這些硬件都會消耗大量的能量。

在PoW共識機制下， ETH 價格與算力正相關。因此，隨著價格的上漲，在均衡狀態下，網絡消耗的電力也會隨之增加。而在PoS共識機制下，當 ETH 價格上漲時，網絡的安全性也會提高（ ETH 的價值更高），但對能源的需求保持不變。

一些比較

據數字經濟學者估計 ，以太坊礦工目前每年要消耗44.49太瓦時的電量，這意味著，根據上述保守估計，PoS的能效提高了約2000倍，這反映了總能源使用量至少減少了99.95%。

如果每筆交易的能耗高于你的速度，則約為35Wh/tx（平均約60K gas/tx）或TV約20分鐘的耗電量。相比之下，以太坊PoW每筆交易使用相當于一棟房子2.8天的能量，比特幣的每筆交易則消耗相當于一棟房子38天的能量。

展望未來

盡管以太坊目前仍在使用PoW共識機制，但這種情況不會持續太久。在過去的幾周里，我們看到了第一批用于合并的測試網的出現（注：The Merge合并是以太坊從PoW切換到PoS時的名稱）。幾個工程師團隊正在加班加點地工作，以確保合并盡快到來，同時又不影響安全性。

擴容解決方案（例如rollup和分片）將通過利用規模化經濟來幫助進一步減少每次交易消耗的能量。

以太坊網絡超級耗電的日子屈指可數了，我希望這個行業的其他部分也是如此。

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