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权益证明机制

时间:2021-12-21    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

权益证明机制,是针对工作量证明机制存在的不足而设计出来的一种改进型共识机制,其英文全称是ProofofStake,简称PoS。与工作量证明机制要求节点不断进行哈希计算来验证交易有效性的机制不同,权益证明机制的原理是:要求用户证明自己拥有一定数量的数字货币的所有权,即“权益'

20128月,一个化名SunnyKing的极客推出了Peercoin(PPC),采用工作量证明机制发行新币,采用权益证明机制维护网络安全。这是首次将权益证明机制引人到加密数字货币领域。经过近两年的发展,这种机制得到了市场的广泛认同,后来采用PoS机制的还有BitSharesShadowCashNxtBlackCoin等数字货币,以太坊(Ethereum)也计划通过硬分叉(hardfork)来从PoW转换到PoS机制上来。

PoS这种机制与PoW机制的最大不同在于,只有持有数字货币的人才能进行挖矿,而且不需要大量的算力就可以挖到货币,避免了比特币网络中出现的“算力集中”趋势,回归到区块链“去中心化”的本质要求。工作量证明机制产生区块时依赖于算力,致使每一个比特币的创建至少需要240度电(2014年数据),相当于16加仑的汽油。权益证明机制产生区块时不采用算力作为资源,而将对数字货币的拥有权视作稀缺资源来产生共识,创建区块的节点必须提供证明,让全网认同它在创建这个区块之前拥有一定数量的数字货币。

首先,PoS机制在创建区块时,要求自己先拥有数字货币(如比特币或PPC),即先拥有一定数量的权益(Stake)。有意思的是,对于整个数字货币网络来说,创始区块拥有的数字货币是用比特币的PoW机制“挖矿”出来的,但从创始货币往下实施的是权益证明机制,创建区块的同时也创建出更多的数字货币。因此在PoS机制下,创建区块的过程不叫“挖矿”而叫“铸币”

1.币龄

PoS机制的主要特点是引人了“币龄”概念。币龄的概念至少在2010年就为中本聪所知,并用于比特币中帮助区分交易的优先级,但在比特币的安全模型中不担负关键作用。币龄定义为交易的货币数量乘以该货币在钱包中储存的时间,例如,假设BobAlice处收到10个币并持有90天,我们就说Bob已经积累了10x90=900“币天”的币龄。


另外,当Bob把他从Alice处收到的10个币花掉之后,系统认定Bob将这10个币上积累的“币龄”已经消费了,在Bob的钱包中这10个币的币龄归零,相应地,他创建一个新区块的能力也就归零了。

为加快币龄的计算,PoS机制在每项交易中引人了一个时间戳。区块的时间戳以及与协议相关的交易时间戳促进了币龄的计算。

2.PoS机制下产生区块

PoS设计中,区块分为两类:PoW区块和PoS区块。PoS(币权)交易的结构如图2.23所示。

新型区块中的PoS是一种特殊的交易,称为币权交易(coinstake,与比特币的特定交易命名为币基coinbase相对应)。在币权交易中,区块所有者进行支付并消耗币龄,同时得到产生一个区块和PoS铸币的权限。

币权交易的第一个输人称为核心(Kernel)输人,需要符合特定的哈希目标协议,因此使产生PoS区块的过程成为一个随机过程,与PoW区块相似。但与PoW区块不同的是,币权交易的哈希操作是在一个有限的搜索空间内执行(更具体地说,是每秒在每个未支付的钱包进行一次哈希),而不是像PoW那样在一个无限的搜索空间内进行,因此不需要消耗大量的能源。权益核心必须匹配的哈希目标是在核心中所消耗的每单元币龄(与之相对的是比特币的PoW目标是符合一个给定的目标哈希值)。因此在核心中消耗越多的币龄,就更容易符合哈希目标协议,例如,假如Bob有一个钱包,其中累积T100万年,希望两天内生成一个核心,那Alce可以强期她的200币年的钱包在一天内产生一个核心。

另外,PoS的哈希目标是连续调整的,不像比特币有两周的调整间隔,可以避免网络产出率的突然波动。

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