累计权益公平 POS

Proof of Stake(POS) 可以说是区块链里面除了POW以外最重要的共识机制。所谓共识机制要承担两个职责：第一是对于记账达成统一正确的验证结论，第二是确保矿工工作的公平高效。所有共识机制都要面对恶意节点的攻击，抵抗攻击的能力分为不同等级。中心化系统的抗攻击能力最弱，分布式系统可以容易一定节点的失效，但是大量串通节点的攻击会导致数据丢失或篡改。区块链共识系统设计的标准是要满足BFT(Byzantine fault tolerance)容错。

比特币系统的发明，起源于学术界对拜占庭问题的研究积累，但是区块链并不以拜占庭问题为最终目。除了比特币这种高成本的方式，POS是目前最佳的替代品，他们都可以称为BFT consensus。POS的基本原理是基于累积贡献的权重来对新决议进行投票，这样坏的“将军”在实施捣乱攻击以前，需要帮助我军打赢足够多的胜仗。久而久之所谓坏将军其实已经站在我军这一边，失去了作恶的动机。另外有了累积权益，也就等同于信用，所以省去了工作量证明带来的大量能源消耗。这和“意外流行算法”监控友邻节点反常行为的出发点是一致的，但是解决的更加完整而优美。这是对POS的第一层理解。

深入分析POS，很多人把注意力集中在容错上，而忽略了共识机制更重要的公平。在满足拜占庭容错的同时，POS另一个最大的改变是用按资本分配替代了按劳分配。从理解比特币的第三个层次开始，区块链系统的价值就和其生产力密切相关。而共识机制和激励机制一起，定义了区块链建设者的分配模式，这种分配机制带来货币的分布差异。回归历史，这种新货币的分布差异最终还是会向历史财富分布靠近。POS一旦启用之后，区块链项目的创始基金会因为拥有大量廉价的初始货币，所以能够决定项目的走向并持续获得资本升值。而现有POW协议里靠挖矿来支持区块链价值建设的矿工收益将大受影响。这又是一个向现实世界靠拢的体系，可以用知识产权体系做类比：发明了某个专利的个人或公司，会获得应用这个专利技术的产品收益的一部分。这种设计对区块链发展方向的影响是巨大的，他鼓励开发创建自己的区块项目，或者在通用区块链平台开发上层应用，而不是简单机械的挖矿。从这个意义上说，POS协议是鼓励创新的协议。

共识机制没有绝对的对错，因为人类合作是一个长期过程。以囚徒困境为例，单次实验的最佳策略是损人利己。但是同样两个人，如果无限次玩下去的话，最佳策略就是合作共赢。学术界已经得出这个游戏的单方面最优解：1. 不首先作恶；2. 以彼之道还之彼身。就是别人合作你也合作，别人作恶，你要报复。当玩游戏的一方直接对外公布这个策略时，他的对手别无选择，只有合作是最佳对策。这也是POS协议优于POW的设计思路，我们要做到合作者受益，捣乱者惩罚。人类历史上有很多经典的决议策略，比如长子继承制，投票制度，知识产权制度等等，他们都对后来的社会进程有深远的影响。区块链的POS机制还在探索的初期，但是已经触及了很多深刻的思考。

市面上落地实施的POS协议版本很多，比较简单的Peercoin (PPC)采用coin age模式，网络节点无需再以无效的算力去竞争激励，而改为基于累计持币时间的轮流抽奖；还有出现较早，发展稳健也相对成熟的Tendermint；以及以太坊推进的容错更强，且可以削弱寡头的Casper FFG押注模式。但是他们都还没有经过真正大规模的验证，因为POS模式背后仍然有诸如Long Range Attack 和Cartel寡头的潜在问题。其中以太坊的升级道路最为稳健，也是唯一在机制内抵制寡头串通的协议：ETH从2016年开始一个庞大的EIPs (Ethereum Improvement Proposal) 计划代号"Metropolis"；2017年已经完成了第一步Byzantium；2018计划完成的第二步Constantinople聚焦在解决共识机制和算力扩展这两个方向。Casper POS 采用了渐进式的 FFG (Friendly Finality Gadget) ，这是一个混合了POW/POS的模式，每50个POW区块会发起一次POS check point，对区块的最终状态进行投票。参与者需要锁定一定数量的代币作为筹码，在验证区块交易的时候如果作恶，代币会被没收。

发展到现在的POS理论，已经摆脱BFT的强制约束，在寻找新的平衡。在CAP定理里，分布式系统的一致性(Consistence)，可用性(Availability)，分区容错性(Partition tolerance) 三者不能同时满足。上述的BFT机制处理一致性的优先级要高于可用性，而基于链经济的机制将可用性的优先级高于一致性。没有绝对的公平，需要和实用性进行取舍。链经济版本POS的代表是Casper the Friendly Ghost (CTFG)。他舍弃了严格版本需要2/3绝对多数票来确定区块最终状态的繁琐投票，而是采用开放的块增长模式，以增强可用性。