以太坊現在的共識機制

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B. 一文了解以太坊挖礦演算法及算力規模2020-09-09

以太坊網路中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實現。當前以太坊也是採用POW共識機制，但是與比特幣的POW挖礦有點不一樣，以太坊挖礦難度是可以調節的。以太坊系統有一個特殊的公式用來計算之後的每個塊的難度。如果某個區塊比前一個區塊驗證的更快，以太坊協議就會增加區塊的難度。通過調整區塊難度，就可以調整驗證區塊所需的時間。

以太坊採用的是Ethash 加密演算法，在挖礦的過程中，需要讀取內存並存儲 DAG 文件。由於每一次讀取內寸的帶寬都是有限的，而現有的計算機技術又很難在這個問題上有質的突破，所以無論如何提高計算機的運算效率，內存讀取效率仍然不會有很大的改觀。因此，從某種意義上來說，以太坊的Ethash加密演算法具有「抗ASIC性」。

加密演算法的不同，導致了比特幣和以太坊的挖礦設備、算力規模差異很大。

目前，比特幣挖礦設備主要是專業化程度非常高的ASIC 礦機，單台礦機的算力最高達到了 112T/s（神馬M30S++礦機），全網算力的規模達到139.92EH/s。

以太坊的挖礦設備主要是顯卡礦機和定製GPU礦機，專業化的ASIC礦機非常少，一方面是因為以太坊挖礦演算法的「抗 ASIC 性」提高了研發ASIC礦機的門檻，另一方面是因為以太坊升級到2.0之後共識機制會轉型為PoS，礦機無法繼續挖。

和ASIC礦機相比，顯卡礦機在算力上相差了2個量級。目前，主流的顯卡礦機（8卡）算力約為420MH/s，比較領先的定製GPU礦機算力約在500M~750M，以太坊全網算力約為235.39TH/s。

從過去兩年的時間維度上看，以太坊的全網算力增長相對緩慢。

以太坊協議規定，難度的動態調整方式是使全網創建新區塊的時間間隔為15秒，網路用15秒時間創建區塊鏈，這樣一來，因為時間太快，系統的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時間發動51%（也就是半數以上）的算力去修改歷史數據。

C. ETH合並的幾個小Tips：何時通縮分叉幣價值幾何

1、共識機制的切換並不是「瞬時」完成：

以太坊 主網合並升級不會立即完成Pow Pos的轉變，當前以太坊是兩種共識機制同步運行，Pow佔90%，Pos佔到10%，按照開發組將難度炸彈的時間推遲到9.12日，難度炸彈爆發後伴隨合並完成Pow挖礦難度將會逐漸「指數型增加」，屆時局於挖礦成本的問題，倒逼Pow礦工逐步退出網路，但該過程可能持續將近6個月以上的時間，Pow網路也將進入「冰河期」

2、冰河期逐步減產，「通縮」並非一蹴而就：

在冰河期，由於以太坊Pow挖礦難度的劇增，出塊時間的延長意味著礦工每日出塊總獎勵減少，按照以往難度炸彈爆發時期的數據，冰河期內大約1個月會進行1次Pow挖礦難度的調增，每次調增的力度都會比上一次更顯著，預估持續6個月以太坊網路的總獎勵將減少50%以上，持續9個月的時間將減少80%以上，經過6-9個月的時間將會完成大部分的減產，近幾日 ETH Burn徘徊在1300附近，因此以太坊真正達到「通縮」需要在合並6個月後即23年上半年才能完成

3、用戶端並不會有過多不良體驗：

在以往難度炸彈爆發的冰河時期，隨著Pow挖礦難度的陡增，用戶端可能會產生非常不良的體驗，雖然手續費可能並沒有很高的提升，但是交互時間延長會明顯降低用戶體驗；不過本次合並之後用戶可能不會感受到明顯的交互時間延長，合並後共識機制的切換，Pos驗證開始將逐漸承載原本Pow驗證的份額，出塊時間更多的是參照Pos的時間；並且本次難度炸彈爆發和合並相隔時間不長，最多隻會有1-2次的挖礦難度調增，最差情況下增加2秒附近的出塊時間可能也不會過多影響用戶體驗

4、礦工分叉價值幾何？定價權在交易所：

2017年 比特幣 經過了一波分叉潮，潮水過後最終發現大家都在裸泳，只有比特幣仍然屹立不倒，當時市場更多的是看不懂、看不清，分叉的「好」與「壞」在激辯中沒有定論，交易所上線分叉也不會背負更多的罵名，市場的猶豫成為交易所爭奪流量的工具；但今日非同往昔，主流的聲音都是力挺主鏈，小型交易所可能會應為流量爭奪被迫上線，而頭部交易所應更加愛惜自身的羽毛，沒有頭部交易所支持失去流動性的分叉將是一地雞毛；不過分叉幣大概率還是會存在

5、算力遷移能否成真？或是偽命題：

市場更多的是在計價炒作預期。市場中大約80%以上為Gpu礦機，大部分GPU礦場會轉型，為視頻流應用程序構建基礎架構、2D 和 3D 對象的渲染以及雲伺服器，因此也能保證一定的利潤；算力遷移的過程伴隨著挖礦難度的驟增，獎勵也會隨之減少，甚至入不敷出，因此並不認為大礦工會頂著巨額的成本拉高ETC沒有生態支持的幣價，更何況Gpu礦機也並非一條出路。而算力遷移和幣價是否有直觀的聯系更像是先有雞還是蛋的問題

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F. 號稱「區塊鏈的靈魂」的共識機制是什麼

我們知道區塊鏈是去中心化分布式記賬技術，在區塊鏈系統當中，沒有一個像銀行一樣的中心化記賬機構，如何保證每一筆交易在所有記賬節點上的一致性呢？共識機制解決的就是這個問題，因此也可以說共識機制是區塊鏈的靈魂。

目前比較常見的共識機制有：工作量證明 PoW（Proof of Work）、權益證明（Proof of Stake）以及委託權益證明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量證明機制

POW的全稱為Proof of Work,翻譯過來即「工作證明」或者「工作量證明」。挖礦獲得多少貨幣獎勵，取決於挖礦貢獻的有效工作，也就是說礦機的性能越好、挖礦的時間越長，所獲得的貨幣獎勵就越多。

BTC就是POW機制下最成功的加密貨幣。POW機制雖然已經成功證明了其長期穩定和相對公平，但在現有框架下，採用POW的「挖礦」形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運算來保證工作量公平，並沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS（5筆/秒），以太坊目前受到單區塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

權益證明機制

POS 即權益證明或者股權證明，全稱為 Proof of Stake。權益證明模式就是根據所持有貨幣的量和時間，來發利息的的一個模式。

POS機制，相比於POW，POS機制節省了能源，引入了「幣齡」這個概念來參與隨機運算。POS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設備（礦機、顯卡等）。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關，即持有人持有的代幣數量越多、時間越長，其所能簽署、生產下一個區塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區塊，持幣人持有的「幣齡」即清零，重新進入新的循環。

在POS機制下，因為區塊的簽署人由隨機產生，則一些持幣人會長期、大額持有代幣以獲得更大概率地產生區塊，盡可能多的去清零他的「幣天」。因此整個網路中的流通代幣會減少，從而不利於代幣在鏈上的流通，價格也更易受到波動。由於可能會存在少量大戶持有整個網路中大多數代幣的情況，整個網路有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向於中心化。相對於PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對於分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩定情況下，每秒大約能產生12筆交易，但因為網路延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區塊。長期來看，生成區塊（即清零「幣齡」）的速度遠低於網路傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區塊進行「限速」，來保證主網的穩定運行。

 03 

DPoS

委託權益證明機制

DPOS即授權股權證明（delegated proof of stake）。

DPoS機制要求在產生下一個區塊之前，必須驗證上一個區塊已經被受信任節點所簽署。相比於PoS的「全民挖礦」，DPoS則是利用類似「代表大會」的制度來直接選取可信任節點，由這些可信任節點（即見證人）來代替其他持幣人行使權力，見證人節點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區塊人不是經常在線而可能導致的產塊延誤等一系列問題。DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網路延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業級的應用。

 04  其他共識機制

區塊鏈系統中還有其它共識機制比如聯盟鏈常用的PBFT，新經幣（NEM）用的POI等。這些共識機制是為了解決現有共識機制的一些缺點而被提出的。但目前使用的系統不如POW，POS和DPOS多。

共識機制是區塊鏈系統的核心，它決定了一個區塊鏈系統的去中心化程度，性能和安全性。因此公鏈的開發中，共識機制的設計是核心和關鍵。

G. 區塊鏈共識機制

PoW：工作量證明 (Proof of Work，簡稱 PoW ) ，簡單的解釋就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。因為監測工作的整個過程通常是極為低效的，而通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量，則是一種非常高效的方式。比如現實生活中的畢業證、駕駛證等等，都是通過檢驗結果的方式所取得的證明。這就是說，你獲得多少幣，取決於你對挖礦貢獻的有效工作。簡單的理解，你電腦性能越好，你獲得的收益就會越多，這就是根據你的工作量來執行幣的分配。大部分的數字貨幣，比如比特幣、萊特幣等等，都是基於 PoW 模式的虛擬貨幣(算力越高、挖礦時間越長，你獲得的幣就越多)。
PoS：PoS 是一種在公鏈中的共識演算法，可作為 PoW 演算法的一種替換。PoW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區塊鏈安全的一種機制，但是 PoW 演算法在挖礦過程中因破壞環境和浪費電力而受到指責。PoS 試圖通過以一種不同的機製取代挖礦的概念，從而解決這些問題。
PoS 機制可以被描述成一種虛擬挖礦。PoS 主要依賴於區塊鏈自身里的代幣。在PoW 中，一個用戶可能拿 1000 美元來買計算機，加入網路來挖礦產生新區塊，從而得到獎勵。而在 PoS 中，用戶可以拿 1000 美元購買等價值的代幣，把這些代幣當作押金放入 PoS 機制中，這樣用戶就有機會產生新塊而得到獎勵。在 PoW 中，如果用戶花費 2000 美元購買硬體設備，當然會獲得兩倍算力來挖礦，從而獲得兩倍獎勵。同樣，在 PoS 機制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機會獲得產生新區塊的權利。

H. 11月8號以太坊又轉回pow嗎

ConsenSys：以太坊從PoW轉變為PoS共識，將減少99.9％碳足跡
巴比特訊，以太坊開發公司ConsenSys在11月8日發布的博文《2021年10月Staking狀態》中指出，以太坊共識機制從PoW轉變為PoS將使得區塊產出碳足跡減少99.9%。

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