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PoW的好处

深圳林妙可
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前言:PoW真的是“浪费”的共识机制吗?本文作者是BM,可能很多人都会惊讶,毕竟他一直对DPoS青睐有加,本文中他认为特定的工作量证明有价值,对生态发展有益,尤其是通过稀释短期投机者来补贴长期投资者,可以让网络更安全。本文来源于medium.com,由蓝狐笔记社群“Pei”翻译。
长久以来,我一直认为权益证明(PoS)是优于工作量证明(PoW)的。今天,基于过去一年从权益证明中学到的一些经验,我打算挑战自己的信仰。过去我一直主张工作量证明是一个浪费的机制,透过权益证明能用更低的成本达到同样的结果。今天我想要重新思考,工作量证明是否真有其价值存在。
对于”工作量证明”的定义
如果我们要讨论工作量证明的优点,首先我们必须为”工作量”下定义。在物理学上,工作量=功率(Power) x 时间。
更通俗一点的说,我把工作量定义为”你要付钱给对方、对方才会去做的事”。也就是说,如果不花点成本,工作就无法完成。比特币就符合上面两项工作量证明的定义。如果不给予报酬,没有人愿意花钱建造专门的硬件和消费电力。因此,比特币的区块难度代表了一个数学证明,证明等同于25个BTC价值的工作量被执行了。
这里的推论是假设你在一个有效竞争市场中给出了一定金额的悬赏,会激发市场本身的竞争机制,促使参与者投入一定的工作量,来竞标你出的价款,而为了获得奖赏所需付出的工作量会趋近于你悬赏的价值。
我们可以把比特币的工作量视为”难度”或”哈希算力 x 10分钟”:W = D = HP* 10m
但在权益证明(proof-of-stake)机制下,我们只会有”权力(power)”,即”利害关系(stake)”。在这种情况下,工作量即等同于“承诺在未来的一定期间内持有token”。
在没有期望可获得相应利益的情况下,没有人会愿意放弃流动性而锁定其资金的。因此,token持有者获得的利益与他们需要付出的工作量会成正比。相同的情形,比特币挖矿获得的收益也会等比例于其挖矿付出的工作量。
基于这一层对于工作量及流动性价值的理解,我们可以构建出一个不需要移转大量金钱给电力公司及矿机制造商的工作量证明(proof-of-work)机制。不过此种工作量证明机制还是需要金钱被转移给“某人”。在这种情况下,奖励会流转给那些承诺持有token的人,进而稀释那些亟需维持流动性的人的份额。由于延迟了卖压,短期内这种作法会促使token升值。
基于权益的工作量证明有两种计算口径:

口径1:基于你过去持有这个代币多长期间
口径2:基于你未来承诺持有这个代币多长期间

某人过去作了什么、没做什么,本身已是无风险的沉没成本,就像是按日付费租用挖矿设备一样。但承诺未来会持有代币一段期间是高风险的决策,就像是自己投资一台矿机,需要考虑到矿机可能一年后才能回本。
另外从证明机制的安全性角度考量,代币未来的价值是唯一关键,这也是为什么选项2优于选项1。(译者注:BM这里提到的逻辑是成本和收益期间匹配的原则,沉没成本对于未来决策不具指导性意义。合理的奖励机制是针对”未来将要付出”的工作量给予奖励,而不是根据”过去已经付出过”的工作量。)
每个人都厌恶政治
当区块链日趋复杂,政治问题也越来越庞大。工作量证明的美好属性就是它看起来似乎免于受到政治干扰。就共识层面而言,它在数学上足够简单、干净,且完全去中心化。理论上,每个人都能够任意加入网络并制作出块。
但实际上,工作量证明机制创造了一个”付钱才能玩(pay-to-play)”的模式,谁愿意花最多钱,谁就能够控制网络共识、最终胜出。在这种机制下,安全性的制衡来自于挖块的费用与机会成本、以及一个事实:由于挖矿所需的长期资本投入,矿工们会自动自发地以能最大化其报酬的方式去行动。
政治无法避免
我们从Bitcoin XT(比特币的扩容方案) 的争论中学习到,政治总是无法避免。工作量证明并没有消弭政治,只是换了一个政治发生的场景而已。相较于权益加权投票(stake-weighted-vote)机制,工作量证明成了矿工们对比特币基金会的投票行为。矿池运营商最终会把票投给他们决定支持的分叉,而用户则是用他们的CPU算力投票。
由于政治因素无法避免,最合理的做法是让投票行为直接在区块链上完成。比特币和Peercoin的投票方式是通过标示每个产出的区块,但这并不是唯一或最便捷的投票方式。与其用”出块”作为投票方式,投票还可以通过表明”代币天数”(coindays)或”承诺权益”(committed stake)的方式完成。投票更可以包括投票给一些特定的区块产出者集群、规范他们应何时出块等…类似于”委托权益证明(DPoS,delegated-proof-of-stake)”的作法。
比特币和Peercoin类型的工作量证明机制面临到最大的挑战在于,只有有办法承受运行一个全节点所耗费成本的技术高手,也就是说,只有技术人才有能力参与投票过程。在比特币的经济体系中,有些方法可以解决这个问题。非技术出身的用户,可通过委托代理行为(vote-by-proxy),委托云算力运营商来帮他们挖块。
漠不关心的投票者
在DPoS机制下,我们面临的最主要的挑战来自于漠不关心的投票者。很多人投了一票后就忘记持续追踪自己所投的代理人后续的表现。通常的结果会演变成:要投票取代在位者或投票选出新人有相当大的难度。”漠不关心的投票者”的存在,其实象征了系统激励机制不够完善,投票者没有足够的诱因去跟进代理人的表现。
所以,从DPoS迁徙到DPoW机制有可能带来极大的好处。当投票权握在有长期大量资本支出的用户手中时,他们会有更大的诱因去投票,因为他们手中持有的份额在短期内(数月或几年)无法套现。在现有的DPoS机制下,大部分的用户倾向于接受其他人作的决策,而不是自己挺身投票,当出现用户不乐见的结果时,他们则选择用脚投票,直接出售手中的token。
当用户能够不需要做出任何承诺即可进行投票时,整个社区会陷入一个”正面我赢、反面你输”(反正不管如何都是我赢)的游戏中,在投票游戏中获胜,意味著直接失去了少数派玩家的参与,逐渐地,token的价值也会随之流失。
消弭交易所风险
基于工作量证明的权益承诺额外绑定了一个好处,即降低了中心化交易所占整体网络权益份额比例太高的风险。在比特股系统中,约25%的权益份额掌握在少数几个交易所手中,虽然这些交易所倾向于”不投票”,也因此不负责确保网络的安全。但风险仍旧存在,一旦任何时刻,只要这些交易所想投票,他们就能够实质掌控整个网络。
添加了基于工作量证明的权益承诺属性后,中心化大交易所就无法一边参与投票一边任由用户提币。最好的情况是,交易所可以把资金分成好几段,采用阶梯式的承诺方式,来应付用户提币的需求。
##工作量证明真的是浪费吗?
在工作量证明上投入金钱究竟是不是浪费行为的举动?要回答这个问题,首先得考量其他选项。为了分析方便,我先假设工作量证明花费的成本是固定的,然后我们再深入看看它解决的问题带来什么价值。比特币及其他使用工作量证明机制的代币试图同时解决以下不同的问题:

  决定下一个区块何时被产出

决定谁来产出下一个区块

让生产替代链(alternative chain)变成一件昂贵的事

决定哪一条是最优链

分配

其他附加的好处(如Primecoin)


在上述六项中,挖矿对于第1项”决定何时出块”、以及第2项”由谁负责出块”,实在太缓慢且不具效率,在达成共识前的各种失败尝试浪费了巨大的工作量。看似只有第3~6项所花出去的成本是有价值的。
首先,对于比特币挖矿投入的资本支出强化了自我增强式的锁仓行为。人们有了前期对项目的承诺、投入了一定的资金购买设备后,就半强迫地加入了比特币的长期市场营销和推广行为,以确保其投入能够至少回本或小有盈利。
此外,将挖矿产生的代币分配给矿工们的机制,简单且无成本地获取新用户加入到工作网络中。以上两项机制(类锁仓机制和奖励分配机制)的设计都能够创造正向价值。
如果比特股稀释其股份价值,用来支付产出高难度哈希值的矿工,也可以打造出一个类似于比特币的环境,透过相似的手段、同样的成本去保证网络的安全,达到和比特币一样的证明效果。通过奖励手段,可以赋予比特股解决问题#3、#4、#5、#6的优势,同时又能够维持比特股原本每三秒产出一个区块的速度、并消弭对矿池的需求。
所以,要评判工作量证明是否为一种浪费,取决于价值付出后能产生多少额外的好处。以比特币或Peercoin为例,额外的好处包括产生了特殊的硬体设施(译者注:此处理解为以比特币为主的军备竞赛,实质上为比特币运作的安全性保障带来了很大的提升)。
在权益承诺工作量证明的机制下,额外的好处则是有很大一部份额的代币被锁定而未在市场上流通,间接促使了代币的升值。换句话说,金钱实实在在地投入了生态系统中,作为长期的投资支持,而不是仅是把金钱投入到与生态系统无关的硬体设备及电力上。
使用权益工作量证明机制时,价值会从需要流动性但只是选择暂时持有的人手中,转移给真正放弃流动性,锁定自己手中代币长达一定期间的人。这种方式创造了真正的投资工具,而非仅仅是投机。
投资者 vs. 投机者
有时候区分投资者与投机者是有帮助的。投资者把钱投入一家公司,是为了获得可能好几年都无法套现的股权。这笔钱会直接注入作为公司运营资金,并支持公司长期发展的价值。
另一个角度,投机者可能完全只管交易衍生性金融资产,因为他们最在乎的是价差。投机者频繁的买入卖出,对公司不具有忠诚度。投机者最令人称道的价值在于他们为市场创造了流动性,从而让人们能够以更微幅地价差进出市场。(译者注:流动性越高、市场中盘口买单和卖单的价差会越小)。
试想一个初创公司,如果100%的股份都流通在外,就会更难吸引新的投资进入,因为新增发的股份会和已有的股份产生竞争关系,争夺当下的流动性。这是为什么几乎所有的新创公司都会禁止股东出售股权,直到公司成功上市或有其他流动性条件产生。
通过稀释投机者来补贴具有长期洞见的投资者,是个两全其美的作法。如果投资者锁定资金的期间都相同,就不会有稀释效果。但如果部分投资者对流动性有更高的需求,那么剩下愿意持有的投资者则可以因此获益。
分配
一个新公司设立之初,股份是按历史贡献度比例分配的。假设第一年公司的两个合伙人贡献程度相同,那他们持股比例理应各为50%。如果第二年初有一位合伙人退出,那么第二年年末时,两人的股份权重按时间贡献程度加权,应调整为67%与33%。
根据上述理论,所有根据贡献度做出的稀释行为都是合法的,唯一的问题只在于“工作量”是否等于”真正完成的工作价值”。再引用前段的例子,如果第二年剩下的合伙人只做了一件事,挖了一些洞、再把这些洞填平,那么原本退出的合伙人可能不太高兴,因为这些事明明没有为公司带来任何价值,但他的股份却被稀释了。
从这个角度来看,或许根据“承诺持有资金的天数”来支付报酬,或利用报酬率来规范价格的波动性更能创造持久的价值,因为随著挖矿的工作量越来越大,支付矿工可带来的价值会越来越低。
结论
从过去一年DPoS的经验总结,我发现某些特定的工作量证明具有极大的价值,且对生态的发展富有指导意义。尤其是那些通过大幅度(高达15%)稀释短期投机者来补贴长期投资者的行为,更能有效地维护网络安全、建立忠诚度、以及创建出有益的体系。
(BM免责声明:所呈现的内容,仅是针对工作量证明的一些想法及观点,不构成修改BitShares本身、其稀释比例、或是投票算法的提议。)
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