Web3的印钞机，PoS权益证明

声明 我研究区块链纯粹是为了学习，炒币与WEB3投资并不是我写本文的目的，我关注的还是支付创新技术以及反洗钱。想发财、想兑换、想远程、想代理我都帮不了你。谢谢！

大家好，我是刚哥！

共识机制是WEB3的灵魂，他就是“让全网计算节点进行交易同步，以实现交易的不可撤销”。

同时它也是一条链的“经济算法”，通过“质押、奖励、罚没”实现了生态的平衡与稳步的升值。

这次，我用图解来介绍——PoS算法。显然，用一张简洁的图表达一个算法有点难，但不画出来又怎么能了解到PoS的精妙和不足呢？

01 PoS权益证明

以太坊早期采用的“PK算力”的PoS（工作量证明，Proof of Work），由于高耗能与共识缓慢等原因，在2020年开始切换到PoS（权益证明）。

PoS（权益证明，Proof of Stake）其中Stake就是“权益、质押”的意思，他需要验证者质押代币来进行权益证明。

1.PoS核心特性

PoS 相较于 PoW 的核心优势在于，它通过代币质押取代了算力竞争，并且通过奖励来提升验证者的积极性，通过罚没机制来防止作恶。

并且，通过验证者分组投票的方式将验证时效压缩到了12秒出块，大幅度的提升了交易效率。PoS的其他特性参看图1。

图1：PoW与PoS比较 2.以太坊经济模型

以太坊的经济模型非常精妙，他通过质押、奖励和罚没，让参与者能够分享收益，而让作恶者在经济上难以得逞。

图2：以太坊经济模型

1. 质押机制：成为以太坊全节点的验证者，需要质押32ETH。

2. 奖励机制：验证者完成共识后会得到代币和Gas费的奖励，超过32ETH验证者会返回钱包。

3. 罚没机制：升级到PoS后，作恶者想让以太坊分叉，至少需要超过1/3的质押代币，这在经济上是无法承受的，所以非常安全。

4. Gas销毁：用户支付的Gas费大部分会被销毁，ETH实现了通缩并升值（Gas详细的内容我们后面介绍）。

那PoS共识机制到底是怎么运行呢？下面就给大家拆解下原理。

02 PoS核心原理 1.变快秘诀

PoS之所以能够把速度提升12秒完成全网共识，这得益于它把每个节点的工作都限定了规定时间内完成，如果“掉链子”就会有“节点”顶上，然后处以罚款。

因此这里需要先了解他的时间分配的几个概念。

图3：PoS的运行时间分配

1. Slot（时间槽，12秒）：以太坊每12秒生成一个slot，在这个时间段内由1位提出者创建区块，委员会成员进行验证和签名投票。一个slot区块链处于“已提出”状态。

2. Epoch（时间段，6.4分钟）：32个slot组成一个Epoch，此时已经积累了32个区块的交易，验证者会对Epoch的检查点进行投票，以避免有人在共识过程中进行篡改。这时候Epoch的状态是“已验证”。

3. 2次Epoch（最终态，12.8分钟）：当第二次Epoch后，已经积累了全网所有参与者的投票，此时进行最后一次检查，这个批次的区块就是“不可逆”了。

这里我们发现，以太坊通过这种方式提升了整个共识验证的效率，但是12秒也是以太坊速度极限了。

2.核心流程

了解了PoS的时间分配后，我们再来看下整个共识过程是如何高效、安全的执行。

图4：PoS（Proof of Stake）核心流程

1）验证者挑选

以太坊每12秒就会生成一个slot，此时这个slot会从几百万个候选节点中选出1个“提出者”（Proposer）负责打包交易，以及分批次挑选出“投票委员会”（Committees）负责监督和投票。

2）开始Slot时段（12秒）

• 提出者出：提出者打包生成好区块后，会广播给相应的“委员会"成员；

• 委员会投票：参与投票的“委员会”进行“验证、签名”。

• 聚合签名：这些签名会收集到一起进行聚合签名，并且传给下一位提出者。

• 新提出者投票/出块：新提出者要做两件事，除了负责出块，还要把收集的签名给上游的区块进行投票。

3）第1次Epoch（6.4分钟）

完成第一轮的32Slot投票后会开启Epoch，所有节点都会检查是否有节点作弊，如果检查通过，此时已经有2/3的节点完成验证了，数据已经很难再被篡改了。

4）第2次Epoch（12.8分钟）

当进行第二轮Epoch时，全网的所有节点都完成了共识。此时已经实现了数学证明上的不可逆。即使出现不可抗的天灾都无法逆转了。（比传统金融机构的两地三中心都靠谱很多）

5）奖励和罚没

最后会对所有的参与者进行“ETH和Gas费”的奖励，当然有作弊和掉链子的会“罚没”他们质押的代币。

03 Gas费分配与销毁

最后我们再来介绍下Gas费的分配机制，这在交易中是非常重要的。它决定了你的交易成本，同时也体现了以太坊实现持续（通缩）升值的长期主义。

早期，以太坊的Gas费会全给验证者（就像比特币一样），这种模式会让验证者优先打包手续费高的交易，不仅让大量低Gas费的交易拥堵，还会不断的推高Gas费，最终ETH越来越多，自然就通胀贬值了。

图5：Gas费拍卖机制

因此，推出了EIP1559协议，它实现了Gas费“大部分销毁、小部分奖励”。从图中可以看到，用户支付的Gas分为“Base Fee”和“Priority Fee”两部分。

• Base fee（基础费）：占80%以上，这些Gas费都会被销毁。

• Priority Fee/Tip（小费）：奖励给验证者，但它占比很小，他仅在交易拥堵的时候会有所提高。

通过这种机制，当销毁大于增发的代币后，ETH就实现了升值。所以以太坊这种Gas销毁机制让大家都关注ETH的长期收益，而不是短期的手续费。从而实现了“用户和验证者”之间的精妙平衡。