POS共識機制居然漏洞這麼多 | 分析POS共識機制的原理帶來的思考

序言

        上文深刻比特幣、以太坊源碼帶你解讀POW共識機制咱們學習探討了POW共識機制，看完得童鞋們應該就知道POW是有幾大缺點的：出塊慢，共識時間長、開銷大等等，那麼有沒有其它的共識機制可以解決這些問題呢？答案固然是：有，它就是POS共識機制。下面咱們一塊兒來看看它是怎麼作到的。

概念

       全稱爲Proof Of Stake，又叫權益證實。POS是指礦工節點經過本身持有的代幣，競爭區塊簽名機會，持有的代幣越多，簽名成功出塊的機率就越高。出塊成功以後，根據各個礦工簽名時的代幣數量進行獎勵分配，簡單來講就是付出成本越高，收益越高。

原理

講原理以前，先給你們普及兩個概念：難度值、nonce和幣齡

難度值和nonce

        難度值和nonce在上文深刻比特幣、以太坊源碼帶你解讀POW共識機制有對該名詞的詳細解釋，這裏就再也不贅述了。

幣齡(coinage)

        幣齡，顧名思義，就是代幣的年齡。那麼它是怎麼計算出來的呢？它有什麼用呢？咱們先看下它是怎麼計算出來的：
coinage = 幣的個數*持有時間
        看到這你們應該就懂了，幣齡就是你持有可用幣的時間，你的幣越多，或者你持有時間越長，你擁有的幣齡就越大。你的幣齡越大，參與簽名出塊成功率就越高，由於更容易達到51%嘛。值得一提的是，當你使用幣參與簽名出塊，不管你出塊成功仍是失敗，你這次使用的幣齡都將被清空，須要從新從0開始累計。

幣齡舉例

        好比你有10個幣，持有了10天未發生簽名投票出塊，那麼產生的幣齡就是100；若是這時候你這10個幣參與了簽名投票出塊，那麼你擁有的這100個幣齡就被花掉了，你的幣數量雖然仍是10個，可是幣齡要被重置，變動爲0。幣齡在數據鏈上就能夠取到，任何人均可以驗證。

幣齡/收益轉換

收益計算公式：
收益 = 幣齡 * 年利率 / 365
        打個比方說，你若是擁有3650的幣齡，持幣利率爲1%，那麼可得到的收益爲 3650*0.01/365 = 0.1。說明該礦工這次挖礦成功可得到0.1的代幣獎勵。

原理

咱們先看下它的有效hash計算方式：
hash (block_header) < target * coinage
        其實POS的原理和POW比較相似，系統設定好挖礦目標值target，而後礦工開始工做出塊，礦工每次出塊都是nonce從1開始遞增進行尋找可用的nonce值，直到找到符合規則、可用的hash爲止，最早找到的礦工可得到挖礦獎勵。
        可是，從上面的就能夠看出，coinage這個變量會形成每一個礦工得到有效hash的集合大小不同，礦工的幣齡越大，也就意味着它得到有效hash越容易。且礦工參與簽名的幣越多，就越容易知足51%的成功出塊條件，更容易得到獎勵。

舉例

例如當前target是4369，完整的哈希長度假設是16位.
　　A礦工的幣齡是15，那麼A礦工的目標值爲65535，換算成十六進制就是0x000000000000FFFF。即
hash( block_header ) < 0x000000000000FFFF
　　而B礦工比較有錢，他的幣齡是240，那麼B礦工的目標值就是1,048,560，換算成十六進制就是0x00000000000FFFFF。即：
hash( block_header ) < 0x00000000000FFFFF
　　B礦工的可用hash集合更大，因此B礦工得到記帳權的機率確定要比A高。

優勢

破解了51%***
        若是挖礦者發起51%***，就須要擁有全網51%的幣或幣齡，這幾乎不可能辦到，即便你成功地實施了51%***，那麼也意味着做爲全網最大的持幣大戶的你，損失也會最大。
相比POW，效率更高
        可用更快的達成共識，出塊更快。
能耗低
        挖礦不依賴於大量資源的消耗。經過持幣利息進行通脹。
安全性
        規則上限制了必須持幣30天以上才能參與區塊簽名，加大了做惡成本。

缺點

趨於中心化
        POS基於權益證實機制，若代幣趨向集中的化，去中心化也變相的趨向於中心化了
效率不高
        雖然相比於POW，POS的效率有顯著的提高，可是仍是沒法知足用戶的需求。

思考

幣發行問題
        咱們從pos的實現算法公式去看，幣齡的計算公式中，假如一開始挖礦，只有創始區塊中有幣，也就是說其餘礦機是無法參與挖礦的，由於幣的個數這個值對他們來講永遠是零，這也就是pos機制的缺陷之一幣沒法發行的問題。
幣齡積攢問題
         一樣是從pos的實現算法公式能夠分析到，幣齡其實就是時間，一旦挖礦者囤積必定的幣，好久好久以後發起***，這樣他也將很容易拿到記帳權，因此咱們得給每一個幣設計一個時間上限。
弱流通性
        設計時間上限後，雖然解決掉了部分挖礦者囤積幣的缺陷，從公式中仍然看到還會面臨一個問題，也就是幣的數量這個因素仍是會影響咱們拿到記帳權，不少挖礦者還會囤積代幣，持幣者長期不參與出塊，想着長時間持幣得到利息，給代幣形成流通上的缺陷。目前有些平臺引入幣齡按時間衰弱的方案來解決這一缺陷（例如：瑞迪幣）。
礦工離線***
        接下來讓咱們來看看pos共識機制還有哪方面的不足，即便上面的各類缺陷都多少有些解決方案，但例如挖礦者挖一段時間後離線，此時，時間將不歸入幣齡減弱計算，這樣，挖礦者經過離線時間長來囤積挖礦，一樣面臨災難。
Nothing at Stake
        Nothing at Stake，又叫無成本利益問題。意思在PoS系統中作任何事幾乎沒有成本，好比在PoS系統上挖礦幾乎沒有成本，這也就意味着分叉很是方便。方便到什麼程度呢，每一個誠實礦工在產生孤塊的時候均可以繼續挖下去，反正也沒什麼成本，反正分叉鏈和主鏈均可以同時挖，也就是任何持幣較少的用戶均可以嘗試分叉，而且把分叉鏈廣播出去。這個時候若是其餘誠實礦工看到了，第一反應也是沒有成本，那麼我們也來挖吧，說不定何時就值錢了，意思就是說任何逐利的礦工並不會使這個系統變得更強壯穩定，而是更加的混亂，可能會出現分叉鏈長度超過主鏈長度。

POS咱們就介紹到這裏了，你們有什麼不一樣的看法歡迎留言討論哦