区块链介绍：PoS 机制是什么？如何运作？有何风险？
在币圈，经常会听到人们提到 PoS，因为 ETH 已经在 2022 年 6 月迈入 ETH 2.0 阶段，由原先的 PoW 转向 PoS。
本篇文章我们将会解说 PoS 是什么、运作模式与优势、缺点、风险等等你应该需要知道的信息。
PoS 是什么？
PoS 是权益证明 (Proof of Stake)，2011 年区块链早期被提出的共识机制，不需要庞大的电脑计算能力。
也就是说不用花费大量的开销在购买矿机设备、电费等等支出，其目的是为了解决工作量证明 (PoW) 所造成的能源消耗问题而提出的替代方案。
对于想要参与区块链挖矿的投资者来说，门槛较低且简易，人人皆能参与，同时也比 PoW 共识机制更环保。
其共识机制的原理是区块链中存在多个节点，通过质押代币的方式来争取记帐权，以投资者的质押代币多寡与时间为基准。
质押代币越多、时间越久有越高的几率成为区块的验证者并取得记帐权，同时投资者参与质押挖矿是协助区块链的拓展，因此也会获得相对应的报酬，类似于持有股票多寡领取股息，只是差异在于两者性质不同。
相较于 PoW 共识机制需要通过电脑的算力以及消耗相对的能源才能够取得记帐权，
提出的新共识机制 PoS 能够解决 PoW 矿机的能源消耗问题、提升安全性以及赋予较低的中心化风险，同时也让验证效率提高。
PoS 如何运作？
区块链的 PoW 共识机制运行方式是由多个节点所连接起来的分布式网络组成，以共识机制的演算规则：
通过矿机来计算随机数的方式来不停地送出函数的 Hash 值至节点，使得最后产生的答案达到算法设置的范围内，
才能够成功打包区块且持续地同步其链上数据至其他节点来达成共识。
但当人们注意到 PoW 共识机制所衍生的问题后，而提出新的共识机制解决方案：以质押代币的多寡来争取记帐权，也就是本文所讲的 PoS 共识机制。
在 PoS 共识机制上的算法会依据各个节点在区块链上的质押代币多寡来选出验证者，也就是我们要去争取到验证节点才能够取得记帐权。
其演算规则是质押越多代币的一方就有越高的几率取得验证节点来提出区块并打包，
接着该区块的数据会同步到整个区块链网络中，而其他节点则会依据质押代币的多寡来验证该区块的合理性。
此时，PoS 共识机制是不需要跟 PoW 共识机制一样通过购买矿机且消耗能源的方式来争取记帐权，
而是通过投资者的质押代币多寡在其链上的智能合约中来争取记帐权。
换个角度思考，也可以说 PoS 共识机制是以购买代币的成本取代原先的 PoW 共识机制的矿机运行成本。
PoS 共识机制的币龄及利息
智能合约上的 PoS 共识机制还会计算币龄 (CoinAge) 以随机的方式选择下一个区块的验证者，币龄越大，争取记帐权的几率越高。
除此之外，币龄也会用来计算在取得记帐权时，能够获得多少利息奖励，每一个代币一天都会有一币龄。
换句话说，币龄的公式为币龄 = 代币质押天数 × 质押代币的数量，比如说我质押 100 颗代币花 10 天争取到记帐权，此时我的币龄是 1000。
然而其币龄所获得相对应的利息奖励公式为利息 = 币龄 × 该代币的年利率 ÷ 365，
比如说我的代币年利率是 12%，因此我可以获得 1000 × 12% ÷ 365 = 0.328 颗代币利息奖励。
而币龄会归零重新再次计算，避免有大量代币质押的节点垄断区块链的问题产生。
另外，质押代币的年利率是参考年化报酬率，每日都会变动，并不代表质押结束后能拿到相对应的值，仅参考用。
总结上述，我们能够知道增加争取记帐权的几率有以下三项条件：
- 质押代币数量越多
- 质押时间越久
- 距离上次获得记帐权的时间越久
在 PoS 共识机制上的质押挖矿适合长期持币且不太会动用到该资产的投资者使用，能够在持币期间有代币利息进帐，就如同持有股票分发股息一样。
但是相对要注意的是它也同股票一样有无法动用资产的时间，在质押期间内或者你要提前赎回质押资产，你都无法马上动用，必须要等待一段时间才能够拿回，
因此在质押时，所需要考量及注意的风险是若币价发生了跌势，你将无法及时拿回资产。
PoS 的优势与劣势
PoS 共识机制是为了解决 PoW 共识机制的缺点而提出的解决方案，但这也将会牺牲一些区块链不可能三角的优势来去弥补缺点。
我们将会通过条列式的方式来简单区分说明 PoS 的各个优缺点。
PoS 的优点
- 相较于 PoW 矿机设备面临供不应求时，PoS 不需要担心有无矿机设备问题
- 在 PoS 的质押代币机制下，可以减少黑客作为验证者控制 51% 以上的权益节点的恶意操作攻击几率
- 响应环保意识下，更可以符合人们期望，大幅节省资源能源的消耗
- 交易的验证效率及性能相比 PoW更快，缩小达成共识所需的时间
PoS 的缺点
- 若区块链分叉成2条链时，质押的代币在2条链都能够获得利息，可能会影响区块链的通膨
- 大量代币集中在某一节点上，很可能会演变成资本主义而失去原有区块链的信念
- 缺乏外部稀缺性使得质押代币不用支付太多成本，很可能会造成严重的区块链币价支撑问题
- 质押的代币无法马上取回，若币价发生暴跌，将会发生赚了利息赔了本金的问题
因此我们可以理解 PoS 共识机制虽然有很好的优势，但也伴随着相对应的风险。
这也是区块链所提到的不可能三角问题：只要两方得到提升，必然会有一方是属于弱势的。
此时，我们就必须要思考在 PoS 共识机制中，牺牲了哪些因素呢？
然而区块链所提到的「 不可能三角 」，指的是在区块链的所有共识机制中，
目前没有一个共识机制可以完美的同时兼具这三项特质：去中心化 (Decentralization)、可扩展性 (Scability)、安全性 (Security)
虽然在 PoS 共识机制下，可以让投资者通过质押代币的方式取得稳定的利息收入，满足不可能三角的「 安全性 」及「 可扩展性 」，
但也伴随富者越富的风险，而丧失「 去中心化 」，因此该机制还是有风险与限制的存在。
PoS 与 PoW、DPoS 的差异
当我们了解 PoS 是通过质押代币多寡的方式在区块链上争取记帐权，并获取相对应的代币利息奖励。
虽然其中的原理满像我们购买股票来领取股息，但是实际上背后定义并不一样。那么接着又有哪些较为常见的共识机制与差异呢？
因此我们将会以条列式与表格的方式来细说 PoS、PoW 以及 DPoS 的差异，以便浅解易懂。
- PoS：权益证明(Proof of Stake)，是针对 PoW 共识机制所衍生的问题而提出的共识机制，以质押代币的多寡来争取记帐权，虽然其共识机制解决了能源消耗问题，但是并未有效改善性能、性能及扩展性的问题，因此后来又衍生出改良版的 DPoS 共识机制。
- PoW：工作量证明(Proof of Work)，是区块链最早出现的共识机制，也是 BTC 所采用的共识机制，以矿机设备的算力来争取记帐权，但相对能源消耗问题比其他两者共识机制高出许多，同时性能效率及扩展性较差，因此也就有 PoS 共识机制替代方案来解决此问题。
- DPoS：代理权益证明(Delegated Proof of Stake)，与 PoS 共识机制原理相同，差异在于多出选择数个见证者，类似民主投票概念，以投票方式选出见证者，由他们负责管理验证与记帐，这种机制能够大幅降低节点量来提升性能效率及扩展性的不足，但相对权力会集中在少数节点上而牺牲安全性及去中心化。
| 共识机制 | PoS | PoW | DPoS |
|---|---|---|---|
| 代称 | 验证者 | 矿工 | 见证者 |
| 挖矿方式 | 质押代币 | 电脑算力 | 质押代币及声量 |
| 挖矿成本 | 代币 | 电力、矿机设备 | 代币 |
| 代理人 | 无 | 无 | 有 |
| 能源消耗 | 无 | 有 | 无 |
| 安全性 | 中 | 高 | 低 |
| 去中心化 | 中 | 高 | 低 |
| 可扩展性 | 中 | 低 | 高 |
| 缺点 | 资产被锁仓 | 矿机设备贵 | 资产被锁仓 |
再者，通过简单了解以上这三个不同共识机制后，我们可以理解到除了 PoW 共识机制是需要通过矿机设备的算力来争取记帐权。
其余两者皆是通过质押代币的多寡来争取记帐权，差别在于有无代理人负责管理交易上的验证及记帐。
共识机制的历程
PoW 共识机制是通过算力争取记帐权，在区块链上建构区块的人俗称矿工，其挖矿所需要支出的成本是矿机设备、电力能源等等。
此外，在不可能三角理论中，由于节点验证是需要全部节点共同验证、容错率较高，因此无法满足「 可扩展性 」需求。
PoS 共识机制针对 PoW 共识机制的能源消耗缺点而改变共识机制，以低能源消耗的质押代币方式来争取记帐权。
此时，在区块链上建构新区块的人称为验证者，其共识机制有效改善原先的高设备成本门槛，使得各个投资者都可以通过交易所来参与质押挖矿。
DPoS 共识机制改良 PoS 共识机制在不可能三角理论中的「 可扩展性 」不足之处，
以见证者代理多个节点的验证与记帐工作来减少节点量，以此提升前两者共识机制的性能效率。
总结
区块链的 PoS 共识机制是针对 PoW 共识机制所产生的能源消耗浪费、交易速度缓慢及扩容性差等等问题而提出的新共识机制替代方案，
也是探讨区块链的未来发展是否能够符合人们所关注的地球暖化、能源浪费等等议题而做出的改变。
尽管 PoS 共识机制相较于 PoW 共识机制有较多的优势，但是从另一角度思考，若某节点拥有大量的代币可以垄断区块链，将会失去区块链的「 去中心化 」。
然而现阶段没有一个完美的共识机制可以解决问题，但各个项目方都正致力于开发一个「 去中心化 」、「 可扩展性 」、「 安全性 」三方面都能达到极大化的共识机制。
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