从POW到Casper，感受以太坊共识机制的进化艺术

基于此，有人试图研究不同的共识机制，以弥补比特币在适用性上的不足。

以太坊社区是最著名的一群人。 他们试图将POS引入以太坊，并将这个项目命名为Casper（取自同名电影，中文译为《鬼马精灵》）。

本文将重点介绍比特币工作量证明 POW 和以太坊权益证明计划 Casper。

比特币工作量证明 POW

起初，中本聪想创造一种事先约定发行机制的货币，一旦发行，任何人都无法操纵。 这就防止有人为了一己私利，通过控制货币发行量变相剥削人民利益。

以达到目的。 首先，中本聪将比特币总量设定为 2100 万枚，并使用动态函数规定每 10 分钟产出一定数量。 这2100万枚硬币将在2140年全部在全球流通。

其次，比特币交易记录不受任何数据中心控制，而是利用点对点技术（P2P）让用户直接转账，过程就像用微信传文件一样。

为了维持系统的正常运行，中本聪将新产生的比特币和转账手续费奖励给记账参与者（矿工，也称节点）。 付出的人有回报如何获得以太坊，才会有人愿意为制度买单。

为了不犯错误，中本聪需要采用一套运行规则，使系统遵守以下原则：

1、结果一致。 每个节点记录的全网交易记录是一致的。

2.不可篡改。 没有人可以篡改交易记录。

3.效率。 货币系统有效运作。

4. 可持续。 货币体系可以永远持续下去。

保证系统正常运行的规则就是共识机制。

比特币共识机制如何运作？

当用户A向用户B转账时，该节点的比特币客户端（包括AB本身）会收到该信息。

同时，所有参与者将使用计算设备（矿机）在客户端每10分钟计算一个“哈希拼图”。 本道难题的时间和难度由动态函数控制，保证10分钟间隔。

这个过程称为工作量证明（POW）。

先计算出正确结果的节点会根据代码检查交易信息是否真实，并在一定时间内将包括AB用户在内的转账信息打包进行确认（打包成“块”），而当前“块”，连接上一个“块”，生成一条“区块链”，同步（广播）到全网所有比特币节点。

此时，A 到 B 的转账交易将被判断为有效。

记账节点获得新产生的比特币和转账手续费作为奖励，开始新一轮的哈希拼图计算。

另外，记账结果是以“最长链”为准的。 如果两个参与者同时完成工作量证明并打包区块，他们将开始一场“竞赛”，谁先生成新区块，谁就获胜。

工作量证明机制（POW）使得每次参与记账的节点都是唯一的，计算结果会广播到全网并以最长链为标准，保证了全网的交易记录节点一致。

此外，在记账时，节点还会查看与交易相关的所有地址的“未花费余额”（UTXO）。 例如，要检查A是否有未花费的余额，需要检查A是否收到了更早的转账，以此类推，直到“创世交易”。

理论上，只要“创世交易”不变，每个人当前未花费的余额是一定的。

创世交易保持不变，交易记录的分布式存储使得任何人都无法篡改交易记录。

比特币生态

能源消耗和“公地悲剧”

事实上，比特币为了保证系统的一致性，牺牲了可用性，导致了一系列的问题。

首先，比特币效率不高。

一方面，受限于大小，每个“区块”包含4000笔交易数据，相当于每秒处理6.67笔交易，比特币全网未确认交易数量一度达到12134笔，不符合入账条件货币。

另一方面，工作量证明机制消耗了大量不必要的资源。 每打包一个区块，所有节点分别计算哈希拼图，但最终有资格获得记账权的节点是唯一的。 其余节点所做的工作被浪费了。

此外，为了有更大的概率获得记账权，人们发明了专门的矿机来增加算力。 矿机在计算哈希问题的过程中会消耗大量的电能。 据统计，目前全球比特币矿场年用电量超过包括捷克在内的全球159个国家。

其次，比特币未必可持续，独特的发行机制可能让比特币陷入“下议院悲剧”。

由于中本聪的规定，每生产210,000个区块，新的比特币奖励减半。 到 2140 年，当所有的比特币都被挖出后，矿工将只获得用户转账手续费作为奖励。

同时不要忘记“区块”的大小是有限的，所以手续费的数额是一定的。

因此，在未来的某个时间点，当矿工记账得到的比特币奖励等于挖矿硬件、电力和土地租金的成本时，大量矿工将退出比特币系统，算力将被淘汰。集中在少数人手中。

他们可以依靠自己掌握的算力，在前一个区块上延伸一条新的“最长链”，从而使另一条链失效，从而取回自己付出的币。 这将对比特币系统造成毁灭性的打击。

哈希算力攻击

事实上，比特币社区早就认识到了问题的存在。 近年来，他们讨论了扩大“区块”的容量，或引入隔离见证和闪电网络等解决方案，以增加每秒可处理的交易数量（TPS）。 他们甚至讨论了是否扩大总发行量。 但从来没有达成协议。

好消息是，虽然比特币支付不如法定货币方便，但美国、日本、德国、加拿大、白俄罗斯、瑞士等国家已经接受比特币支付，并在一定的法律范围内承认其合法地位。 比特币 ATM 机设置。

从本质上讲，比特币正在朝着其作为货币的初衷迈进。 相比之下，以太坊需要解决的问题要复杂得多。

区块链能做什么？

比特币诞生后，人们发现共识机制可以提供一种新的协作方式。

例如，游戏开发者可以将游戏内交易部分接入区块链软件开发工具包（SDK），这部分数据将与区块链本身的交易数据一起被矿工打包确认。

对于游戏开发者来说，这种方式可以节省相应的存储和计算成本。 对于玩家来说，他们的交易记录是无法被任何人篡改的，所以不会出现差错。

又如，A公司向B公司采购价值10万元的货物，双方签订合同，以C公司为见证担保，约定一个月后付款。 合约信息由矿工打包到区块链中，不可篡改。

B公司发货，C公司确认合格，双方同时在支付账户上签字，使区块链中的合约生效。 1个月后，A公司的账户会自动向B公司付款，无需人工干预。

事实上，区块链项目“hyperledger”正在积极实践第二个例子中提到的东西。 目前已有200多家企业参与了该项目，包括荷兰银行、法国巴黎银行、华为、三星、IBM等企业。

可见，当矿工打包确认的不仅仅是交易记录，而是更广泛的数据时如何获得以太坊，区块链的使用范围也会相应扩大，其功能类似于云计算、支付宝等常见应用。

由于区块链具有不可随意篡改和自动执行合约的特点，大大降低了沟通、信任和执行的成本，在某些场景下受到企业青睐。

但现阶段，要实现区块链技术的大规模应用，必须解决诸多问题，其中效率和可持续性尤为关键。

因此，相对于比特币，以太坊更注重可用性。

为此，他们试图将共识机制从工作量证明（简称POW）转变为权益证明（简称POS）。

并基于权益证明，开发以太坊独有的Casper共识机制，提高交易处理速度等，重点解决效率和可持续性问题。

该计划将分两期实施，第一期命名为Casper FFG，第二期命名为Casper CBC。

以太坊生态

权益证明机制 POS

本质上，以太币也是一种“钱”，它的产生过程也来自于矿工的记账奖励。

但是，以太坊矿工除了记录交易信息外，还会记录一些游戏和金融领域的数据。 这种载体被称为“智能合约”。

因此，在解决效率和可持续性问题之前，以太坊还需要做到结果一致，不可篡改。

那么，权益证明共识机制是如何运作的呢？

当用户之间发生转账时，以太坊节点客户端会收到该信息。

同时，所有参与者（节点，或验证者）客户端会根据代码检查信息是否真实，并自动打包成“区块”。 客户然后对这些“块”进行投票。

得票最多的“区块”获胜，形成“链”，同步到全网的以太坊节点。 至此，转账信息被判断为有效。

赢得“区块”的支持者将获得以太币作为奖励，并开始新一轮的投票。

其中，投票权重由客户端中的以太币数量决定。 客户持有的以太币越多，投票权重越高，获得奖励的概率越大。

这个过程称为股权证明（POS）。

在权益证明共识中，得票最高的“区块”通常是唯一的，结果会向全网广播，保证了全网交易记录的一致性。

更重要的是，在通过权益证明机制生成区块链的过程中，无需使用机器计算“哈希问题”，大大增加了每秒可处理的交易数量，节省了机器所需的电费和地租。 和其他费用。

以太坊权益证明 Casper

今年5月，FFG阶段第一个代码版本正式发布，旨在将以太坊的工作量证明转化为权益证明。

在 Casper FFG 阶段，以太坊中每 50 个区块中就有 1 个将通过股权证明生成。

在未来的Casper CBC中，以太坊共识机制将全面转化为权益证明，并在此基础上进行两项升级：增加保证金制度和推出分片技术。

保证金制度的建立是为了增强安全性。 Casper规定节点需要提交以太币作为保证金。 一旦他们想作弊，例如投票给所有“区块”或试图攻击网络，他们的押金将被没收。

分片技术是为了进一步提高系统处理交易的速度。 分片技术是指先对节点进行分组，然后将完整的交易数据进行分片，随机放在不同的组中进行验证，最后将结果打包成“块”，形成“链”。

分片就像写一本书。 首先，系统整理出“写作题材”，即一定时间内的交易信息，整理出“章节目录”； 然后，将不同章节的写作任务随机分配给不同的小组。 大家分别写完后，合为一本书。

理论上，有无限多个节点参与验证，就会有无限多个组。 因此，以太坊的交易速度是无限快的。

从目前的进展来看，以太坊有望在明年底前完成Casper CBC的上线。

同时，随着Plasma、账户抽象、无状态客户端等功能的上线，以太坊网络的建设将全面完成。

V神个人以太坊地址

V神的“骄傲”

Casper 共识对以太坊意味着什么？ 从其创始人V神（Vitalik Buterin，以太坊创始人）的言论中，我们可以看出端倪。

在他的个人推特中，置顶内容是提醒大家提防假以太坊的骗子。

此外，他还表示，数字货币随时可能归零，并劝说赚钱的项目方不要炫富。

V神在接受《汪峰十问》采访时表示，以太坊已经不再那么依赖比特币了，他也认为交易所应该下地狱。

总结这些言论，V神表示希望以太坊能够独立生存，不受比特币等币圈因素的影响。 Casper 是一切的起点。

权益证明不仅让以太坊在基础共识机制上有别于比特币，更重要的是它的高效性，使得以太坊这种数字资产有锚定实体行业应用的可能性。 让它嵌入到实体经济的运行中。

当以太币有实物资产和负债进行发行背书时，与法定货币没有本质区别。

权益证明使得节点需要购买大量的以太币并锁定，才能参与记账。 客观上，锁仓会让以太坊的价格达到一个新的高度。

如果以太坊的价格超过比特币，它可能会彻底摆脱比特币的“影子”，其价格不会受到比特币涨跌的影响。

目前，Casper CBC的细节还在讨论中，预计2019年全网部署。经历过The DAO黑客事件的V神，显然比之前谨慎了许多。

他一手缔造了币圈的繁荣，这是他的“骄傲”，他不想让自己的“骄傲”轻易死去。