区块链共识中的能源效率

作者: Roger Morrison
创建日期: 28 九月 2021
更新日期: 21 六月 2024
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比特币和区块链啥原理?矿机挖矿咋回事?李永乐老师讲比特币(1)
视频: 比特币和区块链啥原理?矿机挖矿咋回事?李永乐老师讲比特币(1)

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加密货币挖掘和算法哈希消耗大量能量,并且大规模采用加密货币可能会对环境产生大规模影响。

自2008年首次发布比特币白皮书以来,对于越来越多的人来说,可行的数字货币的前景突然变得现实,即使不是不可避免的。全球经济正处于危险之中,中央银行受到广泛民粹主义的攻击。这些因素促使人们对比特币及其分散的点对点技术(现称为“区块链”)的兴趣相对分散。但是,用于验证比特币分类账上的交易的工作量证明(PoW)机制的能耗成本随着网络的扩展呈指数增长。更新的区块链共识机制解决了这个问题,其中最重要的是权益证明(PoS)。

一般来说,区块链共识机制的要点是为对等网络提供无信任的验证和容错能力。很大程度上,这就是比特币成功地获得了货币等巨大动力的方式。通过解决诸如拜占庭将军困境和双重支出问题之类的问题,比特币分类账可以有效地作为网络运行,而没有中心权限或失败的问题。 (想学习比特币的基础知识吗?请查看比特币协议的实际工作原理。)

工作证明

PoW共识实际上比比特币早了至少十年,但直到中本聪(Satoshi Nakamotos)白皮书公开后才被广泛使用。 “工作量证明”一词是Markus Jakobsson和Ari Juels在1999年发布的文件中提出的,该概念早在1993年就已经以某种有限的形式存在。在比特币(以及其他几种加密货币)中,PoW是不仅是一种保护和验证对等网络的方法,而且是一种赚取(或“挖矿”)货币的方法。比特币区块链上的每个矿工都贡献计算能力,以解决验证账本的方程式,并在成功完成后反过来获得加密货币奖励。

PoW在保护区块链和在某种程度上证明数字货币的可行性方面非常有效。但是,作为一种计算算法,它显然也很浪费。专用于PoW共识的许多处理能力都浪费了,因为生成的许多散列不符合成功挖掘/验证所需的标准。每当成功实现哈希并添加“块”时,PoW区块链的验证就变得更加困难(且效率低下)。特别是在2017年,比特币网络活动显着增加,到第二年6月,估计表明比特币和比特币现金的年综合能耗率约为70太瓦时。

权益证明

股权证明至少从2011年开始就已经存在,并且在随后的几年中逐渐被Peercoin和Blackcoin等加密货币所采用。可以说,最引人注目的PoS采用是在2017年,以太坊区块链的Casper硬叉。 PoS协议不是矿工,而是指定在区块链上(通常在其核心钱包内)具有一定财富阈值的节点作为交易验证器。他们的“赌注”是指为验证而被锁定的他们拥有的数量,以及指示交易期限的发行时间印记。尽管并非没有问题,但PoS验证模型所需的能源消耗(至少长期而言)比PoW少得多。


PoS协议还有很多显着的变化,以及类似的模型,不一定使用股权作为一种验证形式。例如,委托权益证明(DPoS)和拜占庭式容错(DBFT)都进行社区选举,以向持股节点授予验证权。重要程度证明(PoI)模型(例如NEM区块链或有争议的Petromoneda加密货币的模型)奖励节点对其各自网络的积极贡献(例如特殊付款协议)。

虽然PoW和PoS都通过某种形式的集体验证共同拥有网络完整性的共同目标,但它们的共识方法在理念和功能上都存在很大差异,这往往会对整个区块链社区产生不同的影响。两种协议之间的主要区别在于PoW暂时投入计算能力来帮助保护其网络,而PoS暂时投入现有的财富(或股份)作为验证工具。

碳脚

对环境的影响日益引起人们的关注,它说明了采用PoW的重大潜在危害。由于最近的权威研究压倒性地警告了地球表面和海洋温度的异常升高,海平面上升以及气候数据的其他各种令人震惊的变化,基于PoW的加密货币(如比特币)的广泛采用可能会引起深刻的社会关注。仅凭其能源效率低下就产生了政治影响(更不用说其他几个因素,例如金融监管和全球贸易)。

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然而,区块链在许多不同领域(包括金融科技及其他领域)的潜力实在是太深不可忽视。该技术的某些方面为银行,媒体和通信等系统提供了透明度和匿名性。区块链固有的不变性使其可以容忍公众对公众负责。此外,去中心化应用程序(DApps)强调了区块链技术作为高度民主化的软件开发,发行和集成平台的前景。 (Cryptocurrency还是黑客的温床。有关黑客活动的更多信息以及Cryptocurrency定价,了解更多。)

分权化

去中心化网络或分类账的概念已为全球的个人和机构带来了区块链技术。但是,从长远来看,无论是PoW还是PoS能否保持纯粹的去中心化尚有争议。随着比特币验证器从CPU到GPU的逐步发展,以及现在到专门的ASIC矿机(更不用说在非常本地化的采矿区域)的发展,PoW硬件和扩展的采矿无疑可以高度集中化。 PoS(不受任何社区实施的规范或限制所约束)往往会集中财富,从而从本质上集中权力。这些问题加在一起,凸显了混合PoW / PoS系统以及诸如DPoS和PoI之类的新型模型可能带来的好处。


其他创新(例如比特币闪电网络)正在努力寻求可能减轻现有PoW区块链中某些能源消耗的解决方案。但是,如果PoW网络继续增长,它们似乎不可能维持与新的共识模型(PoS,PoI等)相当的长期能效标准。各国政府和监管机构如何从整体上解决日益增长的区块链技术问题还有待观察。