PoS 共识机制是什么？一次看懂 PoS 与 PoW 差异

在区块链的运行过程中，共识机制是维护网络安全和一致性的关键，而 PoS 共识机制则透过质押代币来选择验证者。本文将深入介绍 PoS 共识机制的运作原理，揭示这种机制如何在不依赖高能耗的计算过程下，确保交易的安全性和区块链的稳定运行。

PoS 是什么？

Proof of Stake（ PoS，权益证明）是一种用于区块链的共识机制，透过质押加密货币来选择验证者，这些验证者负责确认交易并创建新的区块。

专业金融网 Nerdwallet 指出， PoS 与传统的 Proof of Work（PoW，工作量证明）相比，不需要耗费大量的能源来进行复杂的数学运算，而是依据用户持有的代币数量进行投票，这使得它更加环保且节能​。

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PoS 共识机制是如何运作的？

在 PoS 系统中，参与者可以将其持有的加密货币锁定于网路中，这个过程称为「质押」。

质押者会成为候选的区块验证者，当他们被选中时，将负责处理新的交易并验证其合法性，这也让他们有机会获得网路的奖励​。这样的机制不仅降低了参与的技术门槛，也减少了对高耗能硬体的依赖，因此比 PoW 系统更具可持续性。

图源：《加密城市》制图 PoS 共识机制运作示意图

瑞士世界经济论坛的报导指出，PoS 并非完全没有风险或缺点。因为 PoS 的验证者选择，是基于持有的代币数量多寡，这可能导致更大规模的代币持有者拥有过多的影响力；其次，质押过程中若发生技术错误或网路攻击，质押者可能会遭受损失，从而增加参与风险

总的来说，PoS 提供了一个低能源消耗、参与门槛较低的区块链解决方案，但同时也面临着集中化和安全风险等挑战。

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PoS vs PoW 差异在哪

PoW 依靠矿工通过解决复杂数学问题来验证交易和生成新区块，这过程需要大量计算能力，并导致高能源消耗，特别是在像比特币这样的大型网路中。

图源：《加密城市》制图 PoS vs PoW 差异

相对于 PoW，PoS 节点是根据质押的加密货币数量来选择验证者，验证者质押代币以参与验证并获得奖励，这种方式大幅降低了能源需求。例如以太坊过渡至 PoS 后，能源消耗减少了 99.95%。

《加密城市》对 PoW 和 PoS 共识机制的特性进行了更为详细的比较，整理成以下表格：

特性

Proof of Work ( PoW )

Proof of Stake ( PoS )

验证机制通过矿工解决复杂的数学问题来验证交易通过质押代币的验证者随机选择来确认交易能源消耗高，因为需要大量的计算能力和电力低，大幅减少计算能力的需求奖励机制矿工通过挖矿竞赛赢得区块奖励验证者通过质押代币并确认区块获取交易手续费去中心化有集中化风险，大型矿池可控制大量算力理论上更加去中心化，但持币量大的用户有更高影响力安全性需要控制超过 50% 的算力才能发动 51% 攻击经济激励，攻击者可能失去质押代币，降低攻击动机进入门槛需要强大的计算能力和硬体设备质押代币即可成为验证者，门槛相对较低

图源：《加密城市》制图 PoS 和 PoW 共识机制的特性比较

值得注意的是在安全性方面的不同，PoW 的安全依赖于算力，防止攻击者控制超过 50% 的算力发动攻击；而 PoS 通过质押代币来确保经济激励和惩罚机制，攻击者若恶意操作将失去其质押的代币。

虽然 PoS 理论上能促进去中心化，但大规模持币者仍可能掌控较大权力，但如何避免权力过度集中仍是其挑战。

PoS 如何减少 51% 攻击

在 PoW 系统中，攻击者如果能够控制超过 50% 的算力，就能够发动所谓的「51% 攻击」，操纵区块链记录并双重花费加密货币。

但在 PoS 中，这种攻击的代价非常高。NerdWallet 说明，PoS 机制的攻击者需要持有大量的代币来控制大部分的质押代币；而一旦攻击失败，他们将面临质押代币的丧失，也就是说 Po 通过经济结构设计来大幅提升攻击的成本​。

此外，以太坊等基于 PoS 的区块链还计划引入分片技术 (Sharding)，用来提高网路的可扩展性和安全性。分片技术会将区块链网络分割成若干较小的部分（称为「分片」），每个分片都有自己的验证者。这种做法即使攻击者想要控制整个网路，他们也需要同时攻击多个分片，这大幅提高了攻击的难度和成本​

有哪些主要加密货币，是使用 PoS 区块链机制？

目前有多种主要区块链采用 Proof of Stake ( PoS ) 共识机制，这些加密货币选择 PoS 是因为它相对于 Proof of Work ( PoW ) 更加节能且具有去中心化的潜力。

以下是一些主要采用 PoS 的加密货币：

以太坊（Ethereum, $ETH）

以太坊是最知名的采用 PoS 的加密货币之一。自 2022 年的 「合并（The Merge）」 升级后，以太坊正式从 PoW 过渡到了 PoS，显著降低了其能源消耗​。

卡尔达诺（Cardano, $ADA）

Cardano 是一个以科研和学术研究为基础的区块链平台，从一开始就采用 PoS 机制，其设计重视可扩展性、安全性和能源效率​。

波卡（Polkadot, $DOT）

Polkadot 是一个跨链协议，旨在连接不同的区块链，并实现资料和资源的跨链转移。它使用 PoS 机制来验证交易并确保网路安全​。

Tezos（$XTZ）

利用 PoS 机制来促进网路治理和共识决策，允许代币持有者参与验证并获得奖励​。

Algorand（$ALGO）

Algorand 是一个专注于速度和去中心化的区块链，采用纯 PoS 机制，确保网路的去中心化并使得验证者能够迅速处理交易​。

PoS 共识机制有缺点吗？3 个不能忽视 PoS 的潜在风险

尽管 PoS 共识在能效和去中心化等方面具有许多优势，但它也有一些潜在的缺点和挑战。《加密城市》整理出 PoS 机制的 3 个主要缺点：

权力集中风险

51% 攻击的经济风险

长期代币锁定

PoS 系统中的验证者是根据他们持有的代币数量来确定的，持有更多代币的用户有更高的机会成为验证者并获取更多的区块奖励。这可能导致富者愈富的情况，即持有大量代币的参与者获得更多收益，进一步巩固他们的影响力，从而削弱网路的去中心化​。

瑞士世界经济论坛同时指出，尽管 PoS 被视为促进更广泛参与的机制；但在现实中会因为质押的经济要求，许多普通用户难以独立成为验证者，这导致了专业机构或大型质押池的兴起。

另一方面，虽然 PoS 通过质押代币的经济惩罚机制，能有效减少了 51% 攻击的可能性。然而，若攻击者拥有足够的资本控制超过 50% 的质押代币，他们仍然可以对网路进行操控，虽然这类攻击的成本极高，但在代币分布不均的情况下仍然是可能的。

最后，PoS 系统中的代币在质押期间会被锁定，无法自由转移或使用。如果网路出现重大变动或价格波动，验证者可能无法及时出售或转移其资产，这增加了参与者的风险，进而影响投资者的灵活性。