Ⅰ 011：Ethash算法|《ETH原理与智能合约开发》笔记
待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。
课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。
第四课分为三部分：
这篇文章是第四课第一部分的学习笔记：Ethash算法。
在介绍Ethash算法之前，先讲一些背景知识。其实区块链技术主要是解决一个共识的问题，而共识是一个层次很丰富的概念，这里把范畴缩小，只讨论区块链中的共识。
什么是共识？
在区块链中，共识是指哪个节点有记账权。网络中有多个节点，理论上都有记账权，首先面临的问题就是，到底谁来记帐。另一个问题，交易一定是有顺序的，即谁在前，前在后。这样可以解决双花问题。区块链中的共识机制就是解决这两个问题，谁记帐和交易的顺序。
什么是工作量证明算法
为了决定众多节点中谁来记帐，可以有多种方案。其中，工作量证明就让节点去算一个哈希值，满足难度目标值的胜出。这个过程只能通过枚举计算，谁算的快，谁获胜的概率大。收益跟节点的工作量有关，这就是工作量证明算法。
为什么要引入工作量证明算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年发表，中本聪首次在比特币中应用来解决共识问题。
它最初用来解决垃圾邮件问题。
其主要设计思想是通过暴力搜索，找到一种Block头部组合（通过调整nonce）使得嵌套的SHA256单向散列值输出小于一个特定的值（Target）。
这个算法是计算密集型算法，一开始从CPU挖矿，转而为GPU，转而为FPGA，转而为ASIC，从而使得算力变得非常集中。
算力集中就会带来一个问题，若有一个矿池的算力达到51%，则它就会有作恶的风险。这是比特币等使用工作量证明算法的系统的弊端。而以太坊则吸取了这个教训，进行了一些改进，诞生了Ethash算法。
Ethash算法吸取了比特币的教训，专门设计了非常不利用计算的模型，它采用了I/O密集的模型，I/O慢，计算再快也没用。这样，对专用集成电路则不是那么有效。
该算法对GPU友好。一是考虑如果只支持CPU，担心易被木马攻击；二是现在的显存都很大。
轻型客户端的算法不适于挖矿，易于验证；快速启动
算法中，主要依赖于Keccake256 。
数据源除了传统的Block头部，还引入了随机数阵列DAG（有向非循环图）（Vitalik提出）
种子值很小。根据种子值生成缓存值，缓存层的初始值为16M，每个世代增加128K。
在缓存层之下是矿工使用的数据值，数据层的初始值是1G，每个世代增加8M。整个数据层的大小是128Bytes的素数倍。
框架主要分为两个部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto来计算最终的结果。
DAG分为三个层次，种子层，缓存层，数据层。三个层次是逐渐增大的。
种子层很小，依赖上个世代的种子层。
缓存层的第一个数据是根据种子层生成的，后面的根据前面的一个来生成，它是一个串行化的过程。其初始大小是16M，每个世代增加128K。每个元素64字节。
数据层就是要用到的数据，其初始大小1G，现在约2个G，每个元素128字节。数据层的元素依赖缓存层的256个元素。
整个流程是内存密集型。
首先是头部信息和随机数结合在一起，做一个Keccak运算，获得初始的单向散列值Mix[0]，128字节。然后，通过另外一个函数，映射到DAG上，获取一个值，再与Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循环64次，得到Mix[64]，128字节。
接下来经过后处理过程，得到 mix final 值，32字节。（这个值在前面两个小节《 009：GHOST协议 》、《 010：搭建测试网络 》都出现过）
再经过计算，得出结果。把它和目标值相比较，小于则挖矿成功。
难度值大，目标值小，就越难（前面需要的 0 越多）。
这个过程也是挖矿难，验证容易。
为防止矿机，mix function函数也有更新过。
难度公式见课件截图。
根据上一个区块的难度，来推算下一个。
从公式看出，难度由三部分组成，首先是上一区块的难度，然后是线性部分，最后是非线性部分。
非线性部分也叫难度炸弹，在过了一个特定的时间节点后，难度是指数上升。如此设计，其背后的目的是，在以太坊的项目周期中，在大都会版本后的下一个版本中，要转换共识，由POW变为POW、POS混合型的协议。基金会的意思可能是使得挖矿变得没意思。
难度曲线图显示，2017年10月，难度有一个大的下降，奖励也由5个变为3个。
本节主要介绍了Ethash算法，不足之处，请批评指正。
Ⅱ 什么才是中本聪心目中理想的比特币扩容方案
图形结构账本是最符合中本聪理想的区块链扩容方案，DAG技术的设定是要能接受无法无限扩容以及区块中交易重复的问题。该方案的典型代表是就是HLC公链团队研究的DAG技术。DAG技术解决的是出块时间和传播时间的矛盾, 因为出块时间过快, 必然会增加分叉, 长时间的分叉会导致网络的不一致, 所以DAG技术归根结底也是解决分叉的问题。
DAG技术解决的是上述提到的出块时间和传播时间的矛盾, 因为出块时间过快, 在传播时间不得不考虑的情况下, 必然会增加分叉, 长时间的分叉会导致网络的不一致, 所以DAG归根结底也是解决分叉的问题。目前DAG技术的知名项目有IOTA, ByteBall以及NANO，这些项目都是采用偏中心化的共识方案解决分叉问题, 造成许多用户误会DAG的共识方案只能用中心化的方案解决。
事实上, DAG技术是目前最符合中本聪的理想的区块链设定的扩容方案, 自然DAG技术也是可以解决中心化的问题。DAG技术目前看来最大的问题跟多区块技术和混合共识技术一样, 由于每个节点需要处理所有交易, 无法解决理论上的无限扩容, 所以采用DAG技术的设定是要能接受无法无限扩容以及区块中交易重复的问题
Ⅲ GHOST，DAG，SPECTRE，PHANTOM和CONFLUX技术原理
DAG概念，当做继比特币，以太坊后新的一代区块链技术(区块链3.0)，那么DAG区块链是什么？DAG的由来是什么？它的技术理念是怎么样的？运行在DAG区块链上的协议有哪些？
要想解释DAG，离不开Yonatan Sompolinsky 和 Aviv Zohar两位以色列人，他们是DAG区块链这一概念的提出者。在DAG之前，Aviv Zohar提出了一个GHOST协议(以太坊初期就采用了GHOST协议)，该协议解决的是链分叉带来的安全性问题，而分叉的区块链 在GHOST协议下数据结构就从一条链变成了一个树(Tree)，而之后Aviv Zohar进一步提出了一个inclusive协议，在inclusive协议规则下，区块的结构就变成了有向无环图(DAG)。
接下来本文将：
1.介绍 GHOST协议，DAG由来 背后的 设计原理
2.介绍三种针对DAG型区块链设计的协议，SPECTRE、PHANTOM和CONFLUX。
GHOST协议是为了解决 分叉 导致 链安全性降低 的一个协议。
下边将通过解释什么是 分叉 ，为什么 分叉会降低链的安全性 ， 链上扩容 为什么会导致更多分叉来详细介绍GHOST协议。
一笔比特币交易为什么要等6个区块的交易时长呢？
等待不是为了 防范51%攻击 的。落后6个区块，如果拥有超过51%的算力，只要足够长的时间，一定能够产生更长的链完成攻击。它是为了防止 分叉 带来的风险。
比特币在 理想情况 下，不同节点之间有相同的一条区块链，全部节点都是基于 同一个区块 进行挖矿，但当两个挖矿节点 几乎同时 挖到一个新的区块，当它们接收到对方产生的区块时，不同的节点将选择基于 其中一个 区块挖矿， 分叉 产生了。之后节点会根据哪条 分叉更长 ，选择哪条是主链进行挖矿，而不是主链的分叉区块全部被 抛弃 。
比特币每天都会发生 二分叉 ，但出现连续的 六次分叉 几乎不可能，于是要等待6个区块的确认时间。(这种分叉不是来自恶意攻击，是 偶然性以及网络延迟 导致的。
分叉将‘攻击不超过51%算力，比特币就是安全的’这一理论推翻。
在比特币中，当链有 分叉 时，将选择分叉 最长 的链作为主链，恶意攻击就是产生一条比主链更长的链 代替主链。
下图中蓝色区块代表诚实区块，红色代表攻击区块。2号、3号蓝色区块产生 分叉 ，此时攻击节点产生5个攻击区块(红色)就能产生一条 更长 的链完成攻击。虽然蓝色区块总数更多(有6个)， 但分叉的区块没有增加链的长度 ，这种情况下，红色攻击方在算力(假设每个区块代表算力相同)没有超过51%的情况下攻击成功。
比特币当前安全的原因在于10分钟的区块时间降低了分叉可能性，但其实际安全算力仍低于51%，也就是说，不需要51%的算力也能攻击成功。
采用 大区块 以及 小的产出时间 将导致链有 很多分叉。
比特币当前处理交易量很低，改进这个缺陷一个可行方法就是 增大区块的大小和减小区块的产出时间 。大区块需要更多的网络传输时间、单位时间更多的区块数都会导致 更多的分叉 。
链上扩容的方案对比特币处理交易能力提升是巨大的 ，假如每个区块大小变为原来的八倍(8M)，出块时间缩短为原来的五分之一(2分钟)，理想情况下，比特币的处理交易量将变为原来的 40倍 ，实际情况会产生分叉，交易量不会有这么高。
主链选择中，采用计算最大子树来代替比特币中的最长链规则。
比特币的最长链规则在有分叉情况下，将降低链的安全性，分叉越多，安全性越低。链上扩容将导致更多分叉，导致链不安全。
Yonatan Sompolinsky提出GHOST规则， 当有分叉时，通过计算最大子树，也就是每条分叉拥有的所有区块数来决定哪条链是主链 。图0中，链在区块0后分叉了，上边分叉总计有6个蓝色区块，下边分叉有5个红色区块，蓝色区块1是主链，所以 红色攻击失败 。
在有大量分叉的情况下，GHOST规则将链安全性直接提到了51%，分叉对采用GHOST协议的链安全性没有影响。
根据GHOST规则，上图中虽然诚实节点产生了12个区块，但加入主链的只有4个区块，大量区块 被丢弃 ，假定比特币每个区块大小变为原来的八倍(8M)，出块时间缩短为原来的十分之一(1分钟)，分叉率为0.33(产生的区块加入主链的概率)，比特币的处理交易能力将变为原来的 26.6倍 。
GHOST协议解决了链上扩容导致分叉带来的安全性问题。
区块的结构类型就从一条链变为树
在GHOST的提出后，Yonatan Sompolinsky提出一种新的设想，新产生的区块指向所有已知的分叉末端区块，即一个区块有多个父亲，此时 区块链就从一条链变为多条分叉链共同组成的的结构，这样的链结构就被叫做DAG(有向无环图) 。
Yonatan Sompolinsky进而提出了在DAG上运行的 inclusive协议 ，原理如下：
遗憾的是， Yonatan Sompolinsky之后并没有详细介绍补充该协议 ，而是提出了一种新思路的DAG协议——SPECTRE。
看完上边内容之后，你会发现， 最长链规则下，分叉的区块对比特币安全性和交易量没有任何贡献 ，白白的浪费了算力，而 GHOST通过计算分叉区块个数来提升链的安全性 ，但分叉区块除了纳入区块计数外，区块内包含的交易信息却全部 被丢弃 。
这种新的区块结构带来了新的特性，当然，比特币的 最长链规则 也可以在DAG上实施，只不过安全性和处理交易能力不佳，而GHOST协议可以提高安全性和处理交易能力，为了 最大化 利用DAG区块链特性，社区提出了不同的协议，接下来介绍Yonatan Sompolinsky 提出的 SPECTRE协议 ，以及 PHANTOM协议 ，以及国内某社区提出的 CONFLUX协议 。
丢弃主链概念，所有产生的区块共同构成账本，不丢弃任何一个区块
只要是产生的区块就不会被丢弃，所有的区块都是有效的，所有区块共同组成账本，这样进一步提高了区块链的处理交易能力， 该设计的关键在于设计算法来保证区块链不会被恶意攻击成功。
SPECTRE协议较为复杂，下边将从其如何产生区块、如何处理冲突交易以及产生可信交易集三个方面进行描述。
SPECTRE协议中，当产生区块时，要指向之前所有分叉的末端区块。
下图中，左边为比特币产生区块时，当有分叉出现，新区块将选择基于其中一个产生新的区块，而SPECTRE中，将基于所有分叉末端区块产生新的区块。同时，当有新区块产生时，节点要立刻将新区块(包含基于哪些区块产生这一信息)发送给与自己相连接的节点。
仔细观察，GHOST协议中虽然有分叉，但每个区块都只基于前边某一个区块产生，而SPECTRE协议中要基于当前节点知道的所有末端区块产生下一个区块。
SPECTRE协议将矿工维持交易不冲突的要求剥除
比特币就像一本 权威 的账本，只要是里边记录的，就一定是真的(不考虑分叉和恶意攻击)，而SPECTRE产生的DAG就像一本 不权威 账本，里边的交易信息可能冲突(上边图1中两个1区块中可能包含冲突交易信息)。
该协议下，挖矿节点只 负责迅速挖区块 (能够达到1秒一个区块)，而对分叉中可能包含的冲突交易在挖矿阶段并 不做任何处理 ，将记录交易速度最大化，让DAG这种区块链有着恐怖的处理交易能力。
是时候解决挖矿不解决的 冲突交易 问题了，SPECTRE的思路是设计一个计算投票的算法，让诚实区块会投票给诚实的区块，后边的诚实区块会给前边的 堆叠算力 ，从而让恶意攻击失败，其安全算力也是 51% 。
拿双花举例，下图中，X和Y区块中包含着两条冲突交易会导致双花，此时DAG中的区块会对X和Y进行投票， 决定哪一个交易有效。
投票规则如下，投X的标蓝，投Y的标红，X<Y代表X先于Y：
根据投票结果，X中的那条交易信息 有效 ，Y中对应的那条交易信息 无效 。 Yonatan Sompolinsky也对 不指向前边区块 以及 产生区块不发给邻居节点的恶意攻击 有进行分析，在投票规则中，低于50%算力的攻击者会失败。
投票听起来像是一个主动地中心化行为，实际上不是，程序根据当前DAG区块所处的状态自发完成这一区块投票计算过程，就相当于，给定一个DAG数据，输入为两条冲突信息，运行该规则算法，将得出一对冲突交易的哪一个为有效。
SPECTRE可信交易集就相当于超过当前6个区块的比特币链里组成的交易集合。 区块链从数字加密货币的角度来说，就是一个 账本 ，从账本上的交易信息中得出每个 账户 所拥有的货币，所以，得出 确定的、不可能更改 的交易信息就至关重要，SPECTRE可信交易集产生过程如下：
SPECTRE并不会对所有区块进行排序，所有区块没有一个完整的线形顺序，有的只是决定冲突信息先后的区块顺序对。
比特币中的高度代表的就是 线形顺序 ，高度低的区块中交易信息先于高度高的区块里的信息，高度高的区块就不能 包含和高度低的区块冲突的交易 ，而SPECTRE有大量的分叉，区块高度不能代表线形顺序，前边的区块交易信息不一定先于后边的分叉区块交易信息，交易信息的有效性要由投票算法来决定，区块投票算法很快，再加上它将 所有分叉区块 都包含进来，也就没有了比特币所面临的 分叉风险 (等待6个区块)，交易确认时间可以达到10秒。
至此，和比特币相比，SPECTRE对应的DAG区块链有三个特点：
SPECTRE协议非常 适合DAG型数字加密货币 ，但当它用于智能合约时，它的缺陷就出来了，智能合约需要一个 严格的线性顺序 ，对此Yonatan Sompolinsky新设计了 PHANTOM 协议来对DAG区块形成一个 线性顺序 ，下边将详细介绍PHANTOM协议。
SPECTRE和PHANTOM是两个完整的独立的协议，不是一个对另一个的补充。
PHANTOM的挖矿机制和SPECTRE一样，会产生同样类型的DAG，不同的是PHANTOM通过对 区块连通度分析 ，判定区块诚实还是恶意，按照分类对区块排序，对DAG区块产生一个严格的 线性顺序 ，通过线性顺序来判断 冲突交易有效性 。
DAG中，攻击者有两种攻击手段， 一产生的区块不基于已知的末端区块，二不立即发布自己产生的区块 ，前者会让自己区块指向的区块变少，后者让其他节点产生的区块不会指向自己的区块，这两种情况都会导致这些恶意区块的与其它区块的 连接度低 。
诚实区块在考虑网络最大延迟下，经过一定时间一定会传遍整个网络，一定会被后边的区块所指向，诚实节点在产生新区块时也一定会指向自己所知道的末端区块。
通过对 区块指出去的边和指向该区块的边 进行分析，也就是区块的 连通度 ，当考虑最大的网络延迟，连通度会有一个 极限值K ，低于该值的区块可以被认定为恶意区块，在排序中要处于 劣势 。
接下来，进行区块 诚实和恶意 判定，判定分两步，第一步最重要， 实现复杂也耗费时间 ，主要为通过对区块连通度的判定，将强连通度的区块标为蓝色视为诚实区块，弱的标为红色视为恶意区块。
第二步 先对蓝色区块集排序 ，拓扑排序，然后对 红色区块集排序 。红色区块的顺序要处于弱势，例如上图中C，它处于A和I之间，那么它的顺序会排在I的前一个区块，而D、H都会排在C前。 注意通过考虑最大延迟时间设定连通度的值，几乎所有正常诚实节点产生的区块都会被标记为蓝色
至此，PHANTOM协议实现了对DAG的 线性排序 ，通过线性顺序就可以提取 无冲突交易集 ，进而提取 可信交易集 ，虽然耗时较长，满足智能合约的要求。
Yonatan Sompolinsky在PHANTOM协议论文结尾，提出一种将PHANTOM + SPECTRE结合起来的可能协议，没有详细展开介绍。下图是几种协议的对比：
至此，介绍了Yonatan Sompolinsky一开始从分叉导致不安全提出的GHOST，到后来将DAG引入区块链，设计了SPECTRE协议，以及为智能合约考虑的PHANTOM协议。接下来，介绍国内某社区提出的CONFLUX协议。
GHOST有 主链但丢弃分叉区块 ；SPECTRE 没有主链，包含所有分叉，但没有线性顺序 ；PHANTOM 没有主链，包含分叉且有线性顺序 ，而CONFLUX 即有主链，又是DAG，利用主链让DAG产生线性排序 ，下面将从挖矿机制和区块排序两方面来说明CONFLUX协议。
CONFLUX协议定义了根源边和参考边。 新区块是基于前一个主链区块产生的，新区块用根源边(实线)指向前一区块，用参考边(虚线)指向分叉的其他区块末端 ，如下图最后一个新区块实线指向H，虚线指向分叉末端区块K。 根源边用于代表区块基于哪个区块产生，给哪个区块堆叠算力，参考边用于表示分叉的其它区块产生在该区块之前。
挖矿过程如下：
根源边只能有一条，参考边可多条(视情况而定)
以主链区块为分割点，将DAG分段，段间段内设计简单排序算法
CONFLUX协议下产生的区块链如上(图2)，接下来对其进行线性排序，排序算法如下：
通过上述排序，DAG有了一个 线性顺序 ，上图DAG区块顺序为 Genesis, A, B, C, D, F, E, G, J, I, H, and K 。接下来对该线性顺序的区块里的交易信息进行交易排序， 单一区块 里可能包含的冲突交易将直接按照该区块内交易信息排列 先后顺序 决定。
至此，CONFLUX对DAG所有区块产生一个 线性顺序 ，进而可以对区块内交易信息排序，产生 无冲突交易集 ，超过一定时间的无冲突交易组成 可信交易集 。 主链只是排序的标尺，作为分割时段的标准，CONFLUX包含所有分叉区块。
GHOST论文
Inclusive论文
SPECTRE论文
PHANTOM论文
CONFLUX论文
DAGlabs 相关讲解视频合集
Ⅳ 以太币的发行
以太币
天天在说的以太币，到底是怎么产生和发行的，这里做个简单介绍。
首先以太坊币是以太坊发行的一种数字货币，这个我想大多数人都清楚。
以太币来源
那么以太币的来源包括以下几部分：
矿前奖励：预付款给与贡献者6000万个以太币
区块的奖励：目前挖出一个区块奖励5个以太币给矿工。
叔块奖励：这个和比特币不同，矿工在挖出一个区块后，但是并不是在主链上，那么这个区块叫做叔区。如果这个叔区块在后续挖矿中作为叔区块被引用了，那么挖出这个区块的矿工获得7/8的区块奖励，也就是4.375个以太币，且另外引用这个区块的矿工获得0.15个以太币，注意，这里的引用最多两个。
比特币的总量是2100万个，那么以太币也不是无限生成的，每年以太币发行1800万。之前笔者文章中有提到过，这个数字货币因为密钥的丢失，所以每年的发行和意外的丢失会达到一个动态的平衡。并不是你看官方数据有多少就真正有多少在流通，这个应该能理解。
以太坊在不久将来会采用casper的机制，这个和目前的GHOST机制不一样。具体的机制还待看。
矿工角度来看
从矿工的角度来看待以太币，那么就分为三块：
挖矿的奖励，这个还是5个以太币。（固定收益）
交易的手续费，之前就有人一直在问万一哪天比特币2100万挖完之后，挖矿如何获得收益，那么交易费就是其中的一项收益，以太坊上交易都会带上交易费用，那么这个也就是矿工的一部分所得。（动态收益）
叔区块收益，上文就提到过的，这个区块如果有叔区块，那么从叔区块中获得1/32个以太币也就是0.15个以太币的收益。且每个区块至多引用两个叔区块，被引用过的区块不能再被引用。（动态收益）
以太币的单位：
基本单位为wei，下表具体是各个比例：
单位维度个数 (wei)
wei1 wei1000
Kwei1e3 wei1000000
Mwei1e6 wei1000000000
Gwei1e9 wei1000000000000
microether1e12 wei10000000000000000
milliether1e15 wei10000000000000000000
ether1e18 wei10000000000000000000000
叔区块奖励
回过头感觉有必要再说下叔区块的奖励：
叔区块顾名思义是区块的父区块的兄弟区块。那么区块链只有一条主链，故叔区块不在主链上，导致叔区块的原因，由于是网络的延迟没有同步，那么一个叔区块如果引用在有效的主链上，挖出叔区块的矿工获得4.375个以太币（区块奖励的7/8）。上文说到叔区块的引用获得奖励，那么这个奖励对挖到叔区块的矿工也是有一个间隔层数的关系。具体如下：
间隔的层数获取的比例以太币
17/84.375
26/83.75
35/83.125
44/82.5
53/81.875
62/81.25
参考：《以太坊技术详解与实战》
Ⅳ 爱快安装硬盘类型ntfs
U盘写入工具下载地址
http://pan..com/s/1sj4O0Nz
爱快流控路由官网论坛
http://bbs.ikuai8.com/?fromuid=12954
首先下载爱快IMG镜像和写镜像工具
方法1
我是放在G盘的，所以进入G盘根目录，将文件解压即可看到physdiskwrite.exe，爱快的IMG镜像文件也放在G盘根目录。
开始--运行---输入cmd回车，打开命令提示行，因为我们放在G盘的所以输入G：回车，跳转到G盘，然后输入下面命令，physdiskwrite.exe-uiKuai8_1.3.0-P2_Build20140303-13_35.img
第1页
哦，不对，从官网下载的IMG文件是要解压的，解压后名字是ikuai8.img
输入命令
physdiskwrite.exe-uikuai8.img
选择我们要写入的U盘，这个一定要注意不要选错了，看大小就知道了，我这个是1G的U盘，比这个电脑硬盘小很多，是PhysicalDrive1，所以我们输入1回车，再确认一次y回车，开始写入了，如果这时你才发现选错了，那么......晚了
好等写入完成，退出U盘，将U盘插到我们要用的机器上，U盘启动即可.....
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Ⅵ 在公链项目早期，为什么PoW是一个更好选择
在传统的互联网公司或金融机构中，如果一家公司，在一年之内，被委托的交易结算的总量为万亿美元的话，这家公司要么拥有可靠的技术和雄厚的资本，要么就是其它大公司及政府为其信用来做背书。而比特币却在没有政府或公司背书的情况下，在过去一年内支持了相当于一万亿美元的交易。这是因为比特币的工作量证明（PoW）机制确保了全世界的比特币矿工以点对点的方式去分布式地维护账本，且保证了其正确性和不可篡改性。
实际上，PoW 协议并不完美，它在运行过程中需要消耗大量的能量来计算哈希函数的结果，以保护区块链系统不被攻击。很多人认为这是一种“无用的能源消耗”。为了避免这种消耗，股权证明协议(PoS)便作为替代方案被提出。包括以太坊在内的几个著名的项目也开始探索股权证明协议(PoS)， 甚至有人认为，PoS协议在未来将完全取代PoW协议。
但是，在对PoS 协议进行了深入的技术剖析之后，我们会发现：在一个公链项目的早期阶段，PoS 协议会带来很多问题，而这些问题在PoW协议下是可以避免。首先，使用PoS协议启动主网的公链项目，会不可避免地存在共识中心化的问题，因为主网上线的时候股权分布往往是相对集中的。此外，纯 PoS 协议还面临着远程攻击(Long Range attack)的威胁。最严重的远程攻击会导致新加入的节点必须信任一些中心化的网站给出的信息，而这会导致 PoS 公链成为一个本质上中心化的网络。去使用PoW协议启动主网的区块链则可以实现分散的共识，从而避免这些问题。当PoW公链经过一段时间的发展，股权分布相对分散以后，还可以选择PoW/PoS复合机制。
除此之外，还有一点值得注意的是，很多人误以为比特币的扩容问题是PoW机制的局限性造成的。我们经常在媒体网站或白皮书中看到这样的句子，“比特币因为使用了PoW机制，所以只能处理每秒3-7笔交易”。而事实上，经过适当的设计，例如，GHOST, Conflux 这样的PoW算法可以显著提高出块效率，达到每秒处理数千笔交易，且每笔交易都能得到全网节点的验证。
PoW v.s. PoS：如何确定投票权
关于PoW和PoS之间的主要区别，就是在于如何确定区块链共识中的投票权。 在PoW中，系统中的投票权与节点的计算能力成正比。每秒可以计算哈希函数次数越多，节点就越有可能赢得区块链中下一个区块的出块权。而在PoS中，系统的投票权与持有的股权比例成正比。节点拥有资金越多，能为确定的下一个区块投的票数就越多。
在公链早期阶段，股权中心化将导致共识中心化
对于一个公有链来说，其上线初期往往是股权最集中的时候。在主网上线伊始，创始块中分配的币绝大多数属于项目方和私募投资人，而这些人的数量往往非常有限。对于PoW共识机制，初始股权的集中不会带来安全性问题，因为它的出块和安全性不依赖于股权持有的分散，而是依赖于算力的分散。对于使用反 ASIC 矿机的挖矿算法的公有链来说，任何人只要拥有显卡和网络就可以成为矿工，这有助于促进更多人参与挖矿，实现早期算力的分散。只要超过50%的算力来自于诚实的矿工，区块链中的交易就是安全不可逆转的。
然而，在PoS共识机制下，股权集中会导致共识协议的参与者集中。区块链的出块权只能由少数在创世块中拥有股权的玩家决定。如果这些人合谋对区块链进行攻击，则完全可以成功的实现双花攻击(Double spending attack). 尽管开发者和投资人出于利益考虑不会进行这样的攻击来摧毁他们自己的公链，但PoS公链也无可避免的在主网上线后就被这些人垄断和支配。更糟的是，如果出块可以获得大量奖励和交易费用，这些垄断者就会将大量股权牢牢控制在自己的手里，使得PoS公链成为一个本质上由巨头控制的网络。
我们不要忘了，区块链的核心价值是什么？是去中心化的共识协议，保证了区块链系统中每笔交易的正确性、不可篡改性。如果共识协议无法保证参与者的分散，区块链就无法做到无需信任的安全性，那么区块链和传统的分布式系统相比就没有任何优势了，甚至传统的分布式系统能做得更经济更高效。因此，公链项目在早期使用PoW, 是避免共识中心化，保护区块链核心价值的明智选择。
“长程攻击”与“主观依赖”问题
在一个公有链中，一个攻击者如果拥有当下足够多的算力或股权，无疑是可以打破公有链安全性完成攻击的。但是在PoS 公链中，如果攻击者获得了一些账户的私钥，这些私钥在历史上某一时刻控制了超过51%的股权，也可以完成攻击，这种攻击的方式被称为长程攻击（Long Range Attack）。
在长程攻击中，攻击者首先获得一些私钥，只要这些私钥在历史上曾经获得了足够多的股权，便可以从这一时刻开始分叉进行51% 攻击，制造一条分叉链出来。而 PoS 的出块不需要进行工作量证明，攻击者可以短时间内让重写历史的分叉链追赶上原本的主链，从而造成PoS链的分叉和防篡改性被打破。
攻击者能够取得这些私钥不是天方夜谭。如果PoS公链的早期投资人在二级市场将持有的代币卖掉后，将账户私钥卖给攻击者，攻击者就可以从创世块进行长链攻击，从而可以打破一个链的安全性。如果一些投资者追求短期收益而非价值投资，攻击者从他们手里获得私钥就成为了一个可能的事情。
而为了应对长程攻击，则有各种各样的解决方案被提出：例如使用密钥演化算法更新密钥，以避免密钥被盗。但是如果早期投资者一开始就决定通过出售私钥获利，那么他完全可以保留密钥种子以绕开这一限制。还有一些解决方案基于这样一个事实：如果攻击者挖了一条完全不同的链，长期在系统中运行的节点或许有能力探测出这种异常。但是，这些方案依然存在如下问题：
PoS 长程攻击造成的分叉与 PoW 的分叉有所不同。PoW 的分叉链难以获得比特币全网算力，比特币矿工很容易从总算力中辨别谁是真正的比特币。鉴于PoS共识协议在实际运行时，绝大多数股权持有者只是区块链的使用者，并不会一直运行一台服务器。攻击者只要在一个历史节点拥有了相当与PoS实际参与者的股权比例，就可以制造出一条难以辨别的分叉链出来。配合女巫攻击（Sybil Attack），攻击者可以从区块历史和节点数量上都获得和被攻击主链接近的水平，令新加入的节点无法区分，只能通过人工指定的方式选择。这样新参与者必须咨询受信任节点来安全地加入系统，这一问题被称为“主观依赖”（Weak Subjectivity）
无利害攻击
无利害攻击（Nothing at Stake）是另一种PoS攻击方式。当一个 PoS 链因为网络延迟、长程攻击或其他原因出现分叉时，PoS 矿工可以选择在两个分叉的链上同时出块，以获取最大收益。而这违反了共识协议。
在PoW 链中，如果一个矿工想同时在多个分叉上挖矿，就必须将自己的算力分散在多个分叉上，所有分叉上分配的算力总和不会超过矿工拥有的总算力。对于多数矿工而言，将自己的全部算力投入到协议指定的链上是最优的选择。
然而，在PoS 多个分叉上同时出块所带来的额外成本可以忽略不计，而选择同时出块可以保证无论哪一条分叉链最终胜出都可获得收益。如果矿工遵守共识协议，只在协议指定的链上挖矿。一旦这个链被丢弃，矿工将会失去挖矿奖励。只追求挖矿收益最大化的矿工会在两边同时参与，不惜因此打破协议——这会导致链长时间维持分叉的状态。
与长程攻击不同，精巧的激励机制设计可以避免这一攻击。但无利害攻击依然表明让PoS链正确地运行是一件很困难的事情。
总结
虽然PoS 具有节省能源等优势，从而很多项目表示将采用PoS。但我们在分析区块链安全性假设后发现，避免了计算“无用的哈希”之后会引入很多攻击情形，而且目前没有很完美的解决方案。诚然PoS有能源效率的优势，但也带来了很多安全性威胁。在PoS很好地解决这些威胁之前，PoW消耗的能源，就像和平时期国家军队用掉的军费一样，阻挡了很多潜在的威胁。最重要的是，其中许多威胁在区块链项目早期显得尤其致命。这也是我们为什么相信新的公链项目应该从PoW开始。