
以太坊的共识机制是指在没有中心化管理者的前提下,网络节点如何就交易顺序和账本状态形成统一结果,ETH币在早期采用工作量证明机制,通过算力竞争完成区块生成与安全维护,随着网络规模扩大和应用数量增长,这种方式能在能耗、参与成本和运行效率方面逐渐显现压力,在2022年9月,以太坊完成被称为合并的系统升级,将公式机制切换为权益证明,通过质押DETH币来选择验证者,共识形成逻辑由算力主导转向经济约束,经历了从工作量证明到权益证明的演进,目前正逐步向更加高效、环保的方向发展。还可以推动区块链技术的广泛应用和发展。
1、工作量证明是最早应用于比特币的共识机制,也被以太币在其初始阶段所采用。该机制要求矿工通过解决复杂的数学难题来验证交易和生成新的区块。解决问题所需的计算能力称为“工作量”,并由这些工作量决定矿工获得新发行的以太币的数量。
2、工作量证明具有一定的优点,例如高度安全性和抵抗大规模恶意攻击的能力。然而,它也存在一些缺点。首先,解决问题需要大量的计算能力和能源消耗,这对环境造成了负面影响。其次,工作量证明也存在中心化的问题,因为只有拥有足够算力的矿工才能成功验证交易和生成区块。
3、为了解决工作量证明存在的问题,以太币决定在其区块链网络上实施权益证明机制。权益证明强调持有货币的数量和时间对权益的贡献,并将验证交易和生成区块的权限分配给具有最多权益的持币者。
4、权益证明机制具有多种优势。首先,它不像工作量证明那样需要大量的计算能力和能源消耗,从而减少了对环境的影响。其次,权益证明鼓励持币者长期持有货币,以获得更多的权益,这有助于稳定货币的价值。另外,权益证明还可以提高网络的可扩展性,因为持币者可以使用他们的持币权益来验证和生成区块,而不需要进行大量的计算。
5、尽管权益证明机制有很多好处,但它仍然存在着一些挑战。例如,权益证明可能导致富者更富的情况,因为持有更多货币的人可以获得更多的权益。此外,权益证明的实施也需要解决共识的异步性和网络中的恶意行为等问题。
1、显著降低能源消耗:工作量证明机制依赖矿工通过大量计算竞争记账权,耗能极高。据估计,在转向权益证明前,以太坊的年耗电量与一个中等国家相当。而权益证明通过质押代币而非算力来达成共识,能耗降低了约99.95%,极大提升了网络的环境可持续性。
2、提升网络安全性:在权益证明下,攻击者需要持有并质押至少33%的以太坊总量(约价值数十亿美元)才能对网络造成实质性威胁,且一旦被发现恶意行为,其质押的ETH将被系统自动罚没(Slashing)。这种“经济惩罚”机制使得攻击成本极高,且无法重复利用硬件进行多次攻击,安全性模型优于工作量证明。
3、增强去中心化潜力:虽然工作量证明理论上允许任何人用普通电脑参与挖矿,但随着算力竞争加剧,专业矿机和矿池主导了网络,导致中心化趋势。权益证明则允许任何持有32个ETH的人运行验证节点,降低了参与门槛。同时,流动性质押服务的发展,让小额持有者也能参与并获得收益,进一步扩大了参与基础。
4、实现更高效的最终确定性:权益证明的Gasper共识机制能提供清晰的“最终确定性”(Finality),即当超过2/3的验证者确认一个区块后,该区块即被永久锁定,无法被逆转。这比工作量证明中“6个区块确认”这种概率性最终性更可靠、更高效。