股权证明（PoS）

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股权证明（PoS）是支撑以太坊共识机制的基础。 以太坊在 2022 年推出了权益证明机制，因为与原来的工作量证明架构相比，以太坊更安全，消耗更少的能源，更有利于实施新的扩容解决方案。

先决条件

为了更好地理解本文，我们建议您先阅读以下共识机制。

什么是权益证明？

股权证明构成了区块链用于实现分布式共识的共识机制的基础。 在工作量证明共识机制中，矿工花费精力来证明他们有抗风险的资本。 以太坊采用权益证明机制，验证者通过以太币明确地将资金质押到以太​​坊上的智能合约中。 这些质押的以太币作为抵押品以太坊的共识机制，如果验证者有不诚实的行为或被动破坏，则可以销毁抵押品。 然后验证者负责检查在网络中传播的新块的有效性，并偶尔自己创建和传播新块。

股权证明对工作证明系统提供了许多改进：

验证者

要作为验证者参与，用户必须将 32 个以太币存入存款合约并运行三个独立的软件：执行客户端、共识客户端和验证器。 存入以太币时，用户会进入一个激活队列以太坊的共识机制，该队列限制新验证者加入网络的速度。 一旦被激活，验证者将从他们在以太坊网络上的同行那里收到新的区块。 区块中提交的交易重新执行，并检查区块签名以确保区块有效。 验证者然后通过网络发送投票（称为证明）以支持该块。

在工作量证明中，出块时间由挖矿难度决定，而在权益证明中，节奏是固定的。 以太坊中的权益证明时间分为时隙（12 秒）和周期（32 时隙）。 在每个时隙中随机选择一个验证者作为区块提议者。 该验证器负责创建新块并将它们发送到网络上的其他节点。 此外，在每个时间段内，随机选择一个验证者委员会，他们的投票决定了提议区块的有效性。

最终性

交易在分布式网络上是“最终的”，因为交易是块的一部分，如果不燃烧大量以太币就无法更改。 在权益证明以太坊上，最终性是通过“检查点”块来管理的。 每个时期的第一个区块是一个检查点。 验证者投票选出他们认为有效的“检查点对”。 如果一对检查点获得超过 ETH 总票数的三分之二，那么这对检查点将被升级。 两个检查点中较新的成为“合理”状态。 一个较旧的检查点已经是一个合理的状态，因为它是前一段时间的“目标”。 现在，这个检查点将被提升为“已确认”状态。 要回滚最终确定的区块，攻击者将蒙受至少相当于抵押以太币总量三分之一的损失。 这篇以太坊基金会博客文章解释了原因。 因为最终确定需要三分之二多数票，所以攻击者可以用 ETH 总量的三分之一进行投票，以防止网络实现最终确定。 有一种机制可以防御这种攻击行为：懒惰惩罚。 当超过四个周期无法完成链时，将触发此机制。 惰性惩罚逐渐耗尽投票反对多数票的验证者的质押以太币，使多数票重新获得三分之二多数并最终确定链条。

加密经济中的安全

运行验证器是一种承诺。 验证者应保持足够的硬件和连接以参与验证和提议区块。 作为回报，验证者将获得以太币奖励（他们的质押余额增加）。 另一方面，作为验证者参与也为用户攻击网络谋取私利或破坏开辟了新途径。 为了防止这种情况，如果验证者在被要求时未能参与，他们就会错过以太币奖励； 如果他们不诚实地行事，他们现有的股份可能会被摧毁。 有两种主要行为被认为是不诚实的：在一个时隙中提议多个区块（歧义）和提交相互矛盾的证明。 被削减的以太币数量取决于大致同时被削减的验证者数量。 这被称为“相关性惩罚”，范围从轻微（单个验证者质押 Ether 的 1%）到销毁验证者所有质押的 Ether（大型削减事件）。 该处罚在提款期间强制执行，从第 1 天立即处罚（最高 0.5 ETH）开始，然后在第 18 天进行相关处罚，最后在第 36 天从网络中驱逐。如果网络上有验证者但不提交投票，他们每天都会收到轻微的认证惩罚。 对于攻击者而言，这些措施意味着协同攻击的成本将极其高昂。

前叉选择

当网络以最佳状态诚信运行时，链的头部总是只有一个新区块，所有验证者都会证明这一点。 然而，由于网络延迟或因为区块提议者提议多个区块（歧义），验证者可能会看到链头的不同视图。 因此，共识客户端需要一种算法来确定支持哪些区块。 以太坊中使用的股权证明算法称为 LMD-GHOST。 它通过识别其历史上具有最大证明重量的分叉来工作。

权益证明和安全性

与工作量证明一样，权益证明中仍然存在 51% 攻击的威胁，但对攻击者来说风险要大得多。 攻击者需要获得 51% 的质押以太币。 然后，他们可以通过自己的认证确保他们喜欢的叉子拥有最多的认证。 共识客户端使用累积认证的“权重”来确定正确的链，因此攻击者可以将他们的分叉变成规范的块。 然而，权益证明相对于工作证明的优势在于社区可以灵活地进行反击。 例如，诚实的验证者可以决定继续在非主流链上构建并忽略攻击者的分叉，同时鼓励应用程序、交易所和矿池也这样做。 他们还可以决定强行将攻击者从网络中移除并销毁攻击者抵押的以太币。 这些是抵御 51% 攻击的强大经济防御措施。

51% 攻击只是一种恶意行为。 不良行为者可能会尝试远程攻击（尽管最终性小工具否定了这种攻击向量）、短程“重组”（尽管这可以通过提议者权重提升和身份验证周期来缓解）、弹跳攻击和平衡攻击（也可以通过以下方式缓解）提议者权重提升，这些攻击只能在理想化的网络条件下进行演示）或雪崩攻击（通过只考虑最新消息的分叉选择算法规则抵消）。

一般来说，以太坊实施的股权证明在经济上比工作量证明更安全。

优点和缺点

优势劣势

Staking 使个人更容易参与保护网络和促进去中心化。 验证者节点可以在普通笔记本电脑上运行。 质押池允许用户在没有 32 ETH 的情况下进行质押。

股权证明仍处于起步阶段，并且比工作证明更少经过现场测试。

股权质押更加去中心化。 规模经济不适用于股权证明，因为它们适用于工作证明挖矿。

实施股权证明比实施工作证明更复杂。

股权证明比工作证明在加密经济上更安全

用户需要运行三种类型的软件才能参与以太坊的权益证明。

需要新的以太币来激励网络参与者