作者 | 劉毅
來源 | 野花說
本文為加密媒體型社區“野花說”對Random Capital合夥人劉毅的採訪實錄。源自線上分享活動“PoS區塊鏈投資精進：為何PoS通證是未來？”。
劉毅是Cdot Network創始人，Random Capital合夥人，清華大學碩士，區塊鏈和大數據技術專家，有20年多種資本市場投資經驗，是BTC早期投資者，也是Web 3和Polkadot的佈道者。
大家晚上好，我叫劉毅，研究方向是Web3、區塊鏈技術和加密經濟學。今天我將給大家分享關於PoS的內容。
原來是打算講PoS通證分析的，後來改主意了，我想跟大家討論為什麼有了PoW，區塊鏈還需要PoS。
有人說：只有PoW才能可靠地打通現實世界和虛擬世界的價值；PoS是憑空造幣，以不公平的方式分配，註定會造成壟斷等等。還有更直截了當的看法：所有PoS鏈都是騙子。這些論斷沒法反駁，或者說既不能證明，也無法證偽。我只想談事實，以及可以被證明或證偽的理論。
大家常說的PoW和PoS，分別指基於工作量證明的中本聰共識，和基於權益證明的BFT共識，後面還是簡稱為PoW和PoS。設計共識協議不是為了公平地把幣發出去，而是為了維護區塊鏈網絡安全。本文所說的區塊鏈都是指公鏈，不包括聯盟鏈和私有鏈。
什麼是區塊鏈網絡安全？這個問題似乎很基礎，其實非常複雜。但是反過來解釋簡單很多，什麼是不安全的區塊鏈？或者說區塊鏈可能發生什麼安全事故，如果發生了會有什麼問題？
區塊鏈是分佈式賬本技術，是生產信任的機器。區塊鏈的數據結構和網絡協議設計，都是為了在無中心協調的條件下，在網絡不可靠、參與節點不可靠的拜占庭環境下，安全可驗證地記賬。可以說區塊鏈天然就比其他類型的網絡架構安全。
不考慮軟件缺陷，區塊鏈可能發生的安全事故只有兩種，一是被DDOS分佈式拒絕服務攻擊，二是被雙花攻擊。DDOS攻擊就是給網絡搗亂，讓網絡整體或者局部不能正常工作，但是搗亂並不能直接獲利。對於傳統的網絡，DDOS攻擊的盈利模式是勒索或者收錢辦事。要麼有人花錢僱傭黑客去給競爭對手、或者他不喜歡的網絡搗亂。要麼攻擊者先搗亂，然後向運營方要錢，不給錢就繼續搗亂。區塊鏈是去中心化網絡，勒索就不知道該向誰要錢。而且區塊鏈是分佈式自組織的網絡，如果規模比較大而且設計良好，要讓它失效很難，成本很高。所以區塊鏈安全要考慮DDOS服務攻擊，但不是重點。
重點是雙花攻擊，它是區塊鏈網絡現實存在的威脅。按字面的意思，雙花就是一筆錢花了兩遍。那麼一筆錢怎麼能花兩遍呢？目前已經發生成功的雙花攻擊，都是如下流程：
- 轉幣進交易所；
- 把幣賣出，錢提出來；
- 發動攻擊分叉區塊鏈，新鏈不包括第一步轉幣的交易。相當於幣又回到攻擊者的地址上。
雙花攻擊需要提前進行精心準備，不是臨時起意發動的。要分叉區塊鏈，而且從一段時間之前的區塊開始分叉，是有成本的，對於PoW就是要有算力，你得把分叉鏈挖成最長鏈，被其他人接受才行。所謂成功的雙花攻擊，就是攻擊獲得收益，要大於花費的成本，攻擊者從中獲利了。如果折騰半天，買算力的成本比雙花的收益還高，那還是屬於搗亂的範疇。所以實施雙花攻擊並不容易，成功的案例也不多。
區塊鏈歷史上成功的雙花攻擊，有兩點特別值得注意。第一點是被成功攻擊的都是PoW鏈。我希望那些天天說PoS不安全的人注意這個事實，PoS鏈哪怕是早期不太成熟的PoS，都沒有被雙花攻擊過。這不是說PoS鏈不能被攻擊，是攻擊PoS鏈無利可圖，原因我後面會講。所以對PoS攻擊方式的研究都是理論，現實環境中沒人幹。第二點是雙花攻擊對幣價的影響。可能很多人跟我一樣，雙花攻擊證明了鏈不安全，那肯定幣價暴跌啊。現實情況不是這樣，大家去查查ETC、比特黃金、Verge遭遇雙花攻擊的行情，幣價只跌了一點點。
為什麼呢？因為雙花吃虧的是交易所，相當於攻擊者騙走了應該屬於交易所的幣。大部分持幣者會想：跟我有什麼關係？我手裡的幣沒少也沒被稀釋。交易所賺那麼多錢，活該他出血。所以你投資的幣，如果被雙花攻擊了，不要認為天塌了，馬上跑。但是注意，不要馬上就跑，等風頭過去了，還是應該跑。為什麼呢？因為保障加密資產安全，是區塊鏈最重要的能力。這次攻擊倒黴的是他，下次攻擊倒黴的可能是我。所以一條區塊鏈被貼上了不安全這個標籤，基本上就走上了緩慢歸零的道路，除非它能證明安全問題解決了，但是非常困難。大家可以查一查ETC、比特黃金、Verge被攻擊後市值排名的變化。因為價格變化是跟整體市場有關的，市值排名反應了在行業內的地位。
上面談了不安全的區塊鏈。BTC非常安全，這個大家都認同，但是BTC安全不代表PoW安全。下次聽到有人說PoW比PoS安全，你可以用事實來反駁他。為什麼同為PoW鏈，有的安全有的不安全？因為PoW鏈安全的前提是：區塊獎勵高於同期租用51%算力的成本。（應該是區塊獎勵+交易費，但是交易費通常比區塊獎勵低兩個數量級，在此忽略不計，下同）。非常簡短的前提，但實際情況非常複雜，需要分幾種情況來說明。首先是通用計算機挖礦為主，還是專用礦機為主。如果是通用計算機挖礦為主，理論上來說都是不安全的。為什麼呢？因為挖加密貨幣的通用計算機，只佔互聯網計算機很小很小一部分。如果攻擊者控制的殭屍網絡（類似於以很低成本租用了大批通用計算機）比誠實挖礦網絡的算力高，就可以發動雙花攻擊。
專用礦機是固化了某種Hash算法，例如SHA256的礦機，所有采用SHA256的鏈都可以挖。對於同一類專用礦機，算力佔比最大的鏈是最安全的。算力分配是由區塊獎勵金額決定的。假設每個小時BTC/BCH/BSV三條鏈提供的出塊獎勵分別是100元、3元、2元，那麼算力就會按100:3:2的比例分配。如果有利可圖，攻擊者就可能租用總算力的一小部分來攻擊BSV，但是租用大部分算力來攻擊BTC則非常困難。
這裡有兩個問題。第一為什麼要租算力，礦工自己不能直接攻擊嗎？一般來說不會，因為礦工和礦場做雙花攻擊，可能單獨看是獲利了。但是鏈不安全了，幣會貶值，相應的礦機也跟著貶值。所以手裡有大批專業礦機的人，不會攻擊鏈，至少不會攻擊區塊獎勵最大的鏈。第二個問題是，多數情況下，挖礦是有利可圖的，所以算力租用成本很高，攻擊不成立。但是特殊情況是，幣價暴跌，前期擴張的算力過多，大量的礦機關機。這時候租用礦機的價格僅僅高於運行成本，也就是電費，區塊獎勵低的幣就很危險。綜合上面的分享，可以把PoW的安全前提大致變成：專用礦機挖礦，而且算力佔比最高。
知名加密貨幣研究者Nic Carter用上圖說明：A鏈在同類算力佔一小部分。B鏈佔了同類算力的一大部分。雖然A鏈的算力的絕對值（即Hash Rate）高於B鏈，但是B鏈比A鏈更安全。
到這一步，我們可以回到主題，說說為什麼需要PoS。一個前置的問題是：除了BTC以外，其他鏈還有沒有必要？BTC最大化主義者認為，BTC是唯一有用的加密貨幣，其他區塊鏈，包括以太坊都是在瞎搞。如果你同意這個觀點，當然PoS就沒必要。另外一些人（包括我）認為，去中心化加密協議定義高效的市場，能夠降低交易成本。世界需要很多加密協議，很多條區塊鏈。
新運行一條區塊鏈，如果採用PoW協議，會遇到冷啟動困難。其實不只新PoW鏈，BTC也遭遇過冷啟動難題。就是幣不值錢，沒什麼人挖礦，所以網絡不安全，網絡不安全所以幣沒法升值。BTC之後的三年，幣價低，網絡脆弱，關注的人很少。由於挖礦收益 = 市值 * 增發率。PoW幣要有很高的市值和增發率，才能吸引礦機廠商設計ASIC礦機（一次性成本很高）、礦工大量購置部署礦機。
這就陷入了先有雞還是先有蛋的冷啟動難題：新生網絡不安全，應用少；而且增發率高，不被當作價值存儲；市值難以擴大。市值低挖礦收益就低，算力無法增長。
設計新的PoW鏈要選擇用哪種Hash算法。如果選已經有專用礦機的算法，那麼初期幣價低，算力佔比低，鏈不安全。如果選擇還沒有專用礦機的算法，就要經歷一段時間的通用硬件挖礦，這段時期網絡也不安全。
當然我只是說困難，不是說不可行。例如Nervos，他們團隊有很好的口碑，做了很多創新。所以主網上線的時候，CKB已經有比較高的市值，區塊獎勵很高，可以吸引很多算力來挖礦。Nervos設計了獨特的Hash算法，由於區塊獎勵很高，可能很快就會出現專用的礦機，這是Nervos社區樂於見到的。因為Hash算法是新的，新礦機只能用來挖CKB，網絡的安全性大幅提高。但是，Nervos應該被視為特例，它的啟動過程恰恰證明了，新鏈採用PoW非常困難。很難想象，未來幾年會出現十幾條、幾十條甚至更多PoW鏈，能夠完成自舉。
PoS鏈即便處於早期也可以很安全。因為對PoS鏈做雙花攻擊，需要掌握至少1/3 Staking的幣。手裡有那麼多幣，應該是數一數二的大戶了，雙花攻擊引發幣價下跌，損失最大的是自己。跟最大的礦工不會攻擊BTC是一個道理。那麼有沒有可能，攻擊者兩次賣出雙花的幣，快速獲利離場呢？我們來看一個例子：
假設一條PoS鏈，總流通市值只有1000萬美元，而且Staking比例很低，只有30%。跟市場上流通市值數千萬美元以上、Staking比例達到50%甚至更高的PoS鏈相比，顯然更容易被攻擊。攻擊者已經準備好了條件，他控制了1/3的Staking（總量的10%），同時還擁有佔總量10%的流通籌碼。於是攻擊者首先把流通的10%轉入交易所1，賣出後把錢提出來。然後發動攻擊逆轉了存幣交易。為了不承擔攻擊暴露幣價下跌損失，他快速地把恢復到自己地址的10%存入交易所2，賣出後提款。如果整個過程中幣價都沒有下跌。攻擊者的成本（10% Staking被罰沒）和收益（10%流通籌碼賣了兩次）恰好持平。
上述是對攻擊者最有利的情況，但現實環境中不可能出現。因為攻擊者賣出受到市場流動性的限制。先不說第一個10%賣出給幣價的衝擊。專業安全公司發現BFT鏈分叉併發出警告，只需要幾分鐘時間。攻擊者不可能在不引起交易所關注、不影響幣價的條件下賣出第二個10%。
所以PoS的鏈，無論幣值高低，只要軟件沒有缺陷，都是安全的。多說一句，軟件缺陷跟協議本身沒有關係，是實現的問題。但是不可否認，新一代的PoS鏈上線時間還太短，可能存在隱匿的缺陷，需要時間來驗證其安全性。
除了安全啟動外，PoS跟PoW相比還有一個優勢，就是快速最終性。最終性就是區塊不會被鏈放棄，成為孤塊。PoW鏈只有概率最終性，剛出來的塊不太可靠，可能被放棄掉（重組）。隨著區塊後面不斷附加區塊（深度增加），被放棄的可能性越來越低。當深度增長一定量，用戶可以確信區塊不會被放棄了，區塊裡的交易不會被逆轉。
基於PoS的BFT共識通常具有快速最終性，合法（對出塊和敲定分開的混合共識是指被敲定）區塊一出來就具有最終性，如果被逆轉意味著出大事兒了，有1/3 Staking的幣被系統罰沒。比較快速最終性和概率最終性，需要找到可以比較的維度。就像梨和蘋果，有人喜歡吃梨、有人喜歡吃蘋果，比較它們的味道不會有大家都認可的結論。如果比較價格就容易了，在一個市場裡，哪個貴哪個便宜一目瞭然。
還是Nic Carter寫的《這叫交易結算保證，小傻瓜》，這篇文章本來是比較PoW鏈的。但是他所提出的結算保證的概念，同樣適用於比較PoW和PoS鏈。
如上圖，PoW的結算保證呈階梯狀，後面每多一個塊，對塊（內所有交易）的結算保證金額增加一個區塊的獎勵金額。BTC當前價格是8000美元，每個塊獎勵12.5個BTC，也就是大約10萬美元。BTC平均10分鐘出一個塊，結算保證增加10萬美元。粗略地說，PoS鏈結算保證可以認為不隨時間變化。某個PoS鏈流通市值1000萬美元，Staking比例30%，採用出塊即敲定的BFT協議（例如Tendermint）。交易只要被包含進合法區塊，立即獲得1000萬*30%*1/3=100萬美金的結算保證。快速獲得可量化的結算保證，對於很多加密協議的應用場景是有意義的。這是我認為PoS有必要性的第二個理由。
此外，基於PoS可以發展高效的加密協議社區治理，這方面的分析可參見拙作《加密協議治理之道》。好的，今天的分享就到此結束，感謝大家的聆聽！
劉毅 作者
Roy 排版
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