以太坊转型PoS——加密货币的环保大趋势？

5月13号6:06AM，Elon Musk发推称，担忧比特币挖矿和交易对能源的大量消耗，特斯拉将暂停用比特币（BTC）交易量。实际上，不仅是币圈弄潮儿Musk有节能可持续的环保意识，实际上比特币对环境的惊人影响长久以来就受到投资者和社会层面的广泛关注。

从下图可以看出，比特币每年的电能消耗为129 TWh。 阿根廷整个国家一年的电力消耗也才125 TWh。币圈冷笑话之一，举国之力努力挖矿，这句玩笑竟源于事实。以太坊虽然在总能量消耗上远低于比特币，但每年也消耗了一个香港的总电能。


在节能层面，单笔交易电能消耗是区分绿色可持续公链系统的一个至关重要变量。 根据digiconomist数据表明，比特币单笔交易电能消耗1130 kWh（千瓦时）， 而以太坊消耗不到BTC的十分之一，83 kWh。 明显看出，以太坊比比特币具有更高的能源效率，并且以太坊希望通过从PoW到PoS的共识机制转型，来实现每笔交易能源减少100倍的目标。 这不得不归功于以太坊创始人从2014年就开始的极具远见的计划，从PoW转型为PoS。





什么是ETH 2.0？

创始人V神原计划是用股权证明机制（Proof of Stake-PoS）完全替换当前的工作量证明机制（Proof of Work-PoW）。 但进展过于缓慢，他们放弃重建主网的原始策略，并在2020年12月启动ETH 2.0。 ETH 2.0 采用PoS与原始链PoW机制两者并行的方式，暂时互相配合共同运作， 并计划2022年全面实施PoS共识机制。

PoS比PoW更节能原因

PoW是算力决定成果，按劳分配，多劳多得。矿机的性能越好，算力越强，币产量越高。比特币就是通过计算哈希算法，凭借算力来争夺记账权从而获得的奖励币。证明人出示计算结果，而这一结果很容易被任何人验证。比特币就是采用PoW的共识机制，这也就解释了为什么挖比特币会集中矿机建立矿产，从而得到越高的算力。这就直接造成了电能的巨大消耗。

PoS是股权证明，直接证明你对份额的持有，可以理解成按钱分配，钱生钱。决定币产量有两个主要因素，持币量和币龄（币的持有时间）。PoS机制类似于一只永久增长的股票，币产量就是股息。原有持币量越多，持有时间越长，挖币量越多。因此，PoS机制下挖矿难度跟算力关系不大，挖矿过程中没有产生高成本的电力消耗。


以太坊为何需要PoS？

以太坊旨在成为世界级的去中心化计算机。为实现该目标，以太坊需要兼顾三个要素，中心化、可扩展性和安全性，才能朝着更适合搭建和运行DApp 的开源公链平台的方向前进。PoS就是能帮助以太坊在这三要素中找到平衡点的解决方案。


1. 做到真正的去中心化

去中心化作为区块链的核心特征之一，在以太坊的表现却不尽人意，反而呈现高度中心化。根据以太坊的算力分布， 前8大矿池的算力占比接近全网的75%。从这一点不难看出，PoW机制容易催生出集中的矿池从而使系统与去中心化理念背道而驰。并且，矿池的前期投入资金需求非常大，超高的准入门槛意味着富人越富。因为财力雄厚的资本家才能建设矿池，靠着GPU挖矿的矿工拿到的不过是杯水车薪。但在PoS机制中，普通人想挖矿不用跟矿池去比拼算力。 用户需要挖矿的质押的金额相当低（最高32个），个人电脑就可以满足挖矿的硬件条件， 因此大大降低了挖矿的准入门槛。这么看来，PoS把中心化参与得到利益降到最低，而大大增加了普通用户获得利益的几率。






2. 提升ETH公链的可扩展性

采用PoW机制的以太坊1.0交易处理速度为15 TPS(每秒交易量) ，这远远无法满足现存用户对交易速度的需求。同样采用PoW共识机制的比特币，其交易速度也尝尝被人诟病——6 TPS。




随着以太坊生态的发展，在这一开源公链平台上搭建和运行DApp 越来越多，需求也会相应激增。以太坊必须解决扩展性不足这一问题才可能完成其世界级的计算机的定位目标。


3. 验证者越多，ETH 2.0越安全

在安全性方面，PoW和PoS机制之间还难分伯仲。PoW共识机制下，攻击网络的作恶者需要拥有足够算力，而在PoS 机制中，作恶者则需要掌握足够多的代币。 两种方式都有非常高的作恶成本。但值得一提的是，PoS需要在节点质押一定数量的代币，因此对于作恶者可以将其质押的代币予以没收，从而达到威慑作恶者的效果。因此，以太坊2.0中验证者越多，每个节点的质押代币越多，验证者的收益率就会越低。作恶成本比不上作恶收益，以太坊系统就会越安全。


总的来说，以太坊2.0转型为PoS共识机制的主要原因是提高系统的去中心程度和公链的可扩展性。这一变化从长远的角度来看是有利于以太坊生态发展的。随着绿色环保政策被许多国家纳入重要议程，碳中和的概念逐渐在传统金融市场受到投资者的关注，节能环保议题在区块链资产行业的兴起可谓是大势所趋，及人类之所幸。

作者：Gate.io 研究员：Roxy T.

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