區塊鏈共識中的能量效率

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在比特幣白皮書於2008年首次發佈後，對於愈來愈多的人來講，虛擬貨幣的前景忽然變得很現實。全球經濟處於危險之中，各國央行成爲普遍民粹主義憤怒的對象。這些因素滋長了人們對比特幣(比特幣是一種相對分散的貨幣)以及其基礎對等技術(如今稱爲「區塊鏈」)的興趣。不過，驗證比特幣帳簿交易的工做量證實機制(PoW)的能源消耗成本隨着網絡的擴張呈指數級增加。更新的區塊鏈共識機制解決了這個問題，其中最重要的是利害關係證實(PoS)。

通常來講，區塊鏈共識機制的要點是爲對等網絡提供無信任的驗證和容錯。這在很大程度上就是比特幣做爲一種貨幣得到如此巨大動力的緣由。經過解決諸如拜占庭將軍的困境和雙重支出等問題，比特幣帳簿能夠有效地做爲一個沒有中心權威或失敗的網絡運行。(想學習比特幣的基礎知識嗎?)看看比特幣協議是如何工做的。

工做量證實（POW）

PoW共識機制實際上比比特幣早了至少10年，但直到中本聰的白皮書公開以後才被普遍使用。「工做來量證實」一詞是由Markus Jakobsson和Ari Juels在1999年發表的一份文件中創造出來的，這個概念早在1993年就已經以某種有限的形式存在了。在比特幣(以及其餘幾種加密貨幣)的背景下，PoW不只是一種保護和驗證對等網絡的方法，也是一種獲取(或「挖掘」)貨幣的方法。比特幣區塊鏈上的每一個礦工都貢獻出計算能力來解決驗證分類帳的等式，並在成功完成後得到加密貨幣獎勵。

PoW在確保區塊鏈安全方面很是有效，並在必定程度上證實了數字貨幣的可行性。但做爲一種計算算法，它顯然也是一種浪費。用於PoW 共識機制的許多處理能力都被浪費了，由於生成的許多哈希值不符合成功挖掘/驗證所需的標準。每當成功實現哈希值並添加「塊」時，PoW區塊鏈就變得更難於(且效率更低)驗證。特別是在2017年，比特幣網絡活動顯著增長的時候。據估計，到次年6月，比特幣和比特幣現金的年總能耗率約爲70太瓦小時。

股權證實(POS)

股權證實至少從2011年開始就做爲一個概念存在，並在接下來的幾年裏逐漸被Peercoin和Blackcoin等加密貨幣採用。能夠說，最引人注目的PoS應用出如今2017年的以太坊區塊鏈的Casper硬分叉上。PoS協議在區塊鏈(一般在其核心錢包內)上指定具備必定財富閾值的節點做爲事務驗證器，而不是使用挖掘器。他們的「股權」指的是他們持有的用於驗證的股份數量，以及代表交易年齡的流通時間戳。雖然PoS驗證模型自己也存在問題，但它所須要的能耗(至少從長期來看)要比PoW低得多。

PoS協議還有許多值得注意的變體，以及相似的模型，這些模型不必定使用樁做爲驗證的形式。例如，委託的利害關係證實(DPoS)和委託的拜占庭容錯(DBFT)都進行社區選舉，向利害關係節點授予驗證權。重要性證實(PoI)模型(如NEM區塊鏈模型)，主要獎勵節點對各自網絡的積極貢獻(如特殊支付協議)。

雖然PoW和PoS都經過某種形式的集體驗證明現了網絡完整性的共同目標，但它們的共識方法在理念和功能上都存在顯著差別，這每每會對整個區塊鏈社區產生不一樣的影響。這兩種協議的關鍵區別在於，PoW暫時致力於計算能力以幫助保護其網絡，而PoS則暫時致力於現有財富(或股權)做爲驗證工具。

碳足跡

環境影響是一個日益引發關注的問題，揭示了採用POW的重大潛在危險。最近的權威研究絕大多數警告異常地球表面和海洋溫度的增長,海平面上升,以及其餘各類各樣的擔心氣候變化數據,普遍採用的PoW的加密貨幣 (如比特幣)可能會引發深入的社會和政治影響。

然而，區塊鏈在許多不一樣行業(包括金融科技和其餘行業)的潛力是如此巨大，不容忽視。從銀行到媒體和通訊，這項技術的某些方面爲系統提供了透明度和匿名性。區塊鏈固有的不可變特性可讓它對公衆負責。此外，分散應用程序(DApps)突出了區塊鏈技術做爲高度民主化的軟件開發、分發和集成平臺的前景。

去中心化

分散網絡或分類帳的概念使區塊鏈技術受到全世界人民和機構的青睞。然而，從長遠來看，POW和PoS是否仍能保持純粹的權力分散還有待商榷。隨着比特幣驗證器從CPU到GPU，再到專門的ASIC採集器(更不用說在很是本地化的採掘區域了)的逐步發展，PoW硬件和擴展挖掘能夠說已經高度集中。PoS(不受任何社區強制執行的規範或限制約束)傾向於集中財富，從而集中權力。這些問題結合在一塊兒突出了混合PoW/PoS系統以及諸如DPoS和PoI等新模型的潛在好處。

其餘創新(如比特幣閃電網絡)正在努力尋找解決方案，這些方案可能會減小現有PoW區塊鏈的一些能源消耗。但若是PoW網絡繼續增加，它們彷佛不太可能維持一種可與更新的共識模型(PoS、PoI等)相媲美的長期能效標準。各國政府和監管機構如何應對區塊鏈技術做爲一個總體不斷增加的問題仍有待觀察。