以太坊现在的共识机制

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B. 一文了解以太坊挖矿算法及算力规模2020-09-09

以太坊网络中，想要获得以太坊，也要通过挖矿来实现。当前以太坊也是采用POW共识机制，但是与比特币的POW挖矿有点不一样，以太坊挖矿难度是可以调节的。以太坊系统有一个特殊的公式用来计算之后的每个块的难度。如果某个区块比前一个区块验证的更快，以太坊协议就会增加区块的难度。通过调整区块难度，就可以调整验证区块所需的时间。

以太坊采用的是Ethash 加密算法，在挖矿的过程中，需要读取内存并存储 DAG 文件。由于每一次读取内寸的带宽都是有限的，而现有的计算机技术又很难在这个问题上有质的突破，所以无论如何提高计算机的运算效率，内存读取效率仍然不会有很大的改观。因此，从某种意义上来说，以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”。

加密算法的不同，导致了比特币和以太坊的挖矿设备、算力规模差异很大。

目前，比特币挖矿设备主要是专业化程度非常高的ASIC 矿机，单台矿机的算力最高达到了 112T/s（神马M30S++矿机），全网算力的规模达到139.92EH/s。

以太坊的挖矿设备主要是显卡矿机和定制GPU矿机，专业化的ASIC矿机非常少，一方面是因为以太坊挖矿算法的“抗 ASIC 性”提高了研发ASIC矿机的门槛，另一方面是因为以太坊升级到2.0之后共识机制会转型为PoS，矿机无法继续挖。

和ASIC矿机相比，显卡矿机在算力上相差了2个量级。目前，主流的显卡矿机（8卡）算力约为420MH/s，比较领先的定制GPU矿机算力约在500M~750M，以太坊全网算力约为235.39TH/s。

从过去两年的时间维度上看，以太坊的全网算力增长相对缓慢。

以太坊协议规定，难度的动态调整方式是使全网创建新区块的时间间隔为15秒，网络用15秒时间创建区块链，这样一来，因为时间太快，系统的同步性就大大提升，恶意参与者很难在如此短的时间发动51%（也就是半数以上）的算力去修改历史数据。

C. ETH合并的几个小Tips：何时通缩分叉币价值几何

1、共识机制的切换并不是“瞬时”完成：

以太坊 主网合并升级不会立即完成Pow Pos的转变，当前以太坊是两种共识机制同步运行，Pow占90%，Pos占到10%，按照开发组将难度炸弹的时间推迟到9.12日，难度炸弹爆发后伴随合并完成Pow挖矿难度将会逐渐“指数型增加”，届时局于挖矿成本的问题，倒逼Pow矿工逐步退出网络，但该过程可能持续将近6个月以上的时间，Pow网络也将进入“冰河期”

2、冰河期逐步减产，“通缩”并非一蹴而就：

在冰河期，由于以太坊Pow挖矿难度的剧增，出块时间的延长意味着矿工每日出块总奖励减少，按照以往难度炸弹爆发时期的数据，冰河期内大约1个月会进行1次Pow挖矿难度的调增，每次调增的力度都会比上一次更显著，预估持续6个月以太坊网络的总奖励将减少50%以上，持续9个月的时间将减少80%以上，经过6-9个月的时间将会完成大部分的减产，近几日 ETH Burn徘徊在1300附近，因此以太坊真正达到“通缩”需要在合并6个月后即23年上半年才能完成

3、用户端并不会有过多不良体验：

在以往难度炸弹爆发的冰河时期，随着Pow挖矿难度的陡增，用户端可能会产生非常不良的体验，虽然手续费可能并没有很高的提升，但是交互时间延长会明显降低用户体验；不过本次合并之后用户可能不会感受到明显的交互时间延长，合并后共识机制的切换，Pos验证开始将逐渐承载原本Pow验证的份额，出块时间更多的是参照Pos的时间；并且本次难度炸弹爆发和合并相隔时间不长，最多只会有1-2次的挖矿难度调增，最差情况下增加2秒附近的出块时间可能也不会过多影响用户体验

4、矿工分叉价值几何？定价权在交易所：

2017年 比特币 经过了一波分叉潮，潮水过后最终发现大家都在裸泳，只有比特币仍然屹立不倒，当时市场更多的是看不懂、看不清，分叉的“好”与“坏”在激辩中没有定论，交易所上线分叉也不会背负更多的骂名，市场的犹豫成为交易所争夺流量的工具；但今日非同往昔，主流的声音都是力挺主链，小型交易所可能会应为流量争夺被迫上线，而头部交易所应更加爱惜自身的羽毛，没有头部交易所支持失去流动性的分叉将是一地鸡毛；不过分叉币大概率还是会存在

5、算力迁移能否成真？或是伪命题：

市场更多的是在计价炒作预期。市场中大约80%以上为Gpu矿机，大部分GPU矿场会转型，为视频流应用程序构建基础架构、2D 和 3D 对象的渲染以及云服务器，因此也能保证一定的利润；算力迁移的过程伴随着挖矿难度的骤增，奖励也会随之减少，甚至入不敷出，因此并不认为大矿工会顶着巨额的成本拉高ETC没有生态支持的币价，更何况Gpu矿机也并非一条出路。而算力迁移和币价是否有直观的联系更像是先有鸡还是蛋的问题

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F. 号称“区块链的灵魂”的共识机制是什么

我们知道区块链是去中心化分布式记账技术，在区块链系统当中，没有一个像银行一样的中心化记账机构，如何保证每一笔交易在所有记账节点上的一致性呢？共识机制解决的就是这个问题，因此也可以说共识机制是区块链的灵魂。

目前比较常见的共识机制有：工作量证明 PoW（Proof of Work）、权益证明（Proof of Stake）以及委托权益证明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量证明机制

POW的全称为Proof of Work,翻译过来即“工作证明”或者“工作量证明”。挖矿获得多少货币奖励，取决于挖矿贡献的有效工作，也就是说矿机的性能越好、挖矿的时间越长，所获得的货币奖励就越多。

BTC就是POW机制下最成功的加密货币。POW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平，但在现有框架下，采用POW的“挖矿”形式，将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平，并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS（5笔/秒），以太坊目前受到单区块GAS总额的上限，所能达到的交易频率大约是25TPS，与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

权益证明机制

POS 即权益证明或者股权证明，全称为 Proof of Stake。权益证明模式就是根据所持有货币的量和时间，来发利息的的一个模式。

POS机制，相比于POW，POS机制节省了能源，引入了“币龄”这个概念来参与随机运算。POS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去，而不需要额外购买设备（矿机、显卡等）。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关，即持有人持有的代币数量越多、时间越长，其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块，持币人持有的“币龄”即清零，重新进入新的循环。

在POS机制下，因为区块的签署人由随机产生，则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块，尽可能多的去清零他的“币天”。因此整个网络中的流通代币会减少，从而不利于代币在链上的流通，价格也更易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况，整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言，PoS机制下作恶的成本很低，因此对于分叉或是双重支付的攻击，需要更多的机制来保证共识。稳定情况下，每秒大约能产生12笔交易，但因为网络延迟及共识问题，需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看，生成区块（即清零“币龄”）的速度远低于网络传播和广播的速度，因此在PoS机制下需要对生成区块进行“限速”，来保证主网的稳定运行。

 03 

DPoS

委托权益证明机制

DPOS即授权股权证明（delegated proof of stake）。

DPoS机制要求在产生下一个区块之前，必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的“全民挖矿”，DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接选取可信任节点，由这些可信任节点（即见证人）来代替其他持币人行使权力，见证人节点要求长期在线，从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度，在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别，非常适合企业级的应用。

 04  其他共识机制

区块链系统中还有其它共识机制比如联盟链常用的PBFT，新经币（NEM）用的POI等。这些共识机制是为了解决现有共识机制的一些缺点而被提出的。但目前使用的系统不如POW，POS和DPOS多。

共识机制是区块链系统的核心，它决定了一个区块链系统的去中心化程度，性能和安全性。因此公链的开发中，共识机制的设计是核心和关键。

G. 区块链共识机制

PoW：工作量证明 (Proof of Work，简称 PoW ) ，简单的解释就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作。因为监测工作的整个过程通常是极为低效的，而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量，则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等，都是通过检验结果的方式所取得的证明。这就是说，你获得多少币，取决于你对挖矿贡献的有效工作。简单的理解，你电脑性能越好，你获得的收益就会越多，这就是根据你的工作量来执行币的分配。大部分的数字货币，比如比特币、莱特币等等，都是基于 PoW 模式的虚拟货币(算力越高、挖矿时间越长，你获得的币就越多)。
PoS：PoS 是一种在公链中的共识算法，可作为 PoW 算法的一种替换。PoW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制，但是 PoW 算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。PoS 试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。
PoS 机制可以被描述成一种虚拟挖矿。PoS 主要依赖于区块链自身里的代币。在PoW 中，一个用户可能拿 1000 美元来买计算机，加入网络来挖矿产生新区块，从而得到奖励。而在 PoS 中，用户可以拿 1000 美元购买等价值的代币，把这些代币当作押金放入 PoS 机制中，这样用户就有机会产生新块而得到奖励。在 PoW 中，如果用户花费 2000 美元购买硬件设备，当然会获得两倍算力来挖矿，从而获得两倍奖励。同样，在 PoS 机制中投入两倍的代币作为押金，就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。

H. 11月8号以太坊又转回pow吗

ConsenSys：以太坊从PoW转变为PoS共识，将减少99.9％碳足迹
巴比特讯，以太坊开发公司ConsenSys在11月8日发布的博文《2021年10月Staking状态》中指出，以太坊共识机制从PoW转变为PoS将使得区块产出碳足迹减少99.9%。

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