聲明 我研究區(qū)塊鏈純粹是為了學(xué)習(xí)，炒幣與WEB3投資并不是我寫本文的目的，我關(guān)注的還是支付創(chuàng)新技術(shù)以及反洗錢。想發(fā)財(cái)、想兌換、想遠(yuǎn)程、想代理我都幫不了你。謝謝！

大家好，我是剛哥！

共識(shí)機(jī)制是WEB3的靈魂，他就是“讓全網(wǎng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交易同步，以實(shí)現(xiàn)交易的不可撤銷”。

同時(shí)它也是一條鏈的“經(jīng)濟(jì)算法”，通過“質(zhì)押、獎(jiǎng)勵(lì)、罰沒”實(shí)現(xiàn)了生態(tài)的平衡與穩(wěn)步的升值。

這次，我用圖解來介紹——PoS算法。顯然，用一張簡潔的圖表達(dá)一個(gè)算法有點(diǎn)難，但不畫出來又怎么能了解到PoS的精妙和不足呢？

01 PoS權(quán)益證明

以太坊早期采用的“PK算力”的PoS（工作量證明，Proof of Work），由于高耗能與共識(shí)緩慢等原因，在2020年開始切換到PoS（權(quán)益證明）。

PoS（權(quán)益證明，Proof of Stake）其中Stake就是“權(quán)益、質(zhì)押”的意思，他需要驗(yàn)證者質(zhì)押代幣來進(jìn)行權(quán)益證明。

1.PoS核心特性

PoS 相較于 PoW 的核心優(yōu)勢(shì)在于，它通過代幣質(zhì)押取代了算力競(jìng)爭，并且通過獎(jiǎng)勵(lì)來提升驗(yàn)證者的積極性，通過罰沒機(jī)制來防止作惡。

并且，通過驗(yàn)證者分組投票的方式將驗(yàn)證時(shí)效壓縮到了12秒出塊，大幅度的提升了交易效率。PoS的其他特性參看圖1。

圖1：PoW與PoS比較 2.以太坊經(jīng)濟(jì)模型

以太坊的經(jīng)濟(jì)模型非常精妙，他通過質(zhì)押、獎(jiǎng)勵(lì)和罰沒，讓參與者能夠分享收益，而讓作惡者在經(jīng)濟(jì)上難以得逞。

圖2：以太坊經(jīng)濟(jì)模型

1. 質(zhì)押機(jī)制：成為以太坊全節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證者，需要質(zhì)押32ETH。

2. 獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制：驗(yàn)證者完成共識(shí)后會(huì)得到代幣和Gas費(fèi)的獎(jiǎng)勵(lì)，超過32ETH驗(yàn)證者會(huì)返回錢包。

3. 罰沒機(jī)制：升級(jí)到PoS后，作惡者想讓以太坊分叉，至少需要超過1/3的質(zhì)押代幣，這在經(jīng)濟(jì)上是無法承受的，所以非常安全。

4. Gas銷毀：用戶支付的Gas費(fèi)大部分會(huì)被銷毀，ETH實(shí)現(xiàn)了通縮并升值（Gas詳細(xì)的內(nèi)容我們后面介紹）。

那PoS共識(shí)機(jī)制到底是怎么運(yùn)行呢？下面就給大家拆解下原理。

02 PoS核心原理 1.變快秘訣

PoS之所以能夠把速度提升12秒完成全網(wǎng)共識(shí)，這得益于它把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作都限定了規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，如果“掉鏈子”就會(huì)有“節(jié)點(diǎn)”頂上，然后處以罰款。

因此這里需要先了解他的時(shí)間分配的幾個(gè)概念。

圖3：PoS的運(yùn)行時(shí)間分配

1. Slot（時(shí)間槽，12秒）：以太坊每12秒生成一個(gè)slot，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)由1位提出者創(chuàng)建區(qū)塊，委員會(huì)成員進(jìn)行驗(yàn)證和簽名投票。一個(gè)slot區(qū)塊鏈處于“已提出”狀態(tài)。

2. Epoch（時(shí)間段，6.4分鐘）：32個(gè)slot組成一個(gè)Epoch，此時(shí)已經(jīng)積累了32個(gè)區(qū)塊的交易，驗(yàn)證者會(huì)對(duì)Epoch的檢查點(diǎn)進(jìn)行投票，以避免有人在共識(shí)過程中進(jìn)行篡改。這時(shí)候Epoch的狀態(tài)是“已驗(yàn)證”。

3. 2次Epoch（最終態(tài)，12.8分鐘）：當(dāng)?shù)诙蜤poch后，已經(jīng)積累了全網(wǎng)所有參與者的投票，此時(shí)進(jìn)行最后一次檢查，這個(gè)批次的區(qū)塊就是“不可逆”了。

這里我們發(fā)現(xiàn)，以太坊通過這種方式提升了整個(gè)共識(shí)驗(yàn)證的效率，但是12秒也是以太坊速度極限了。

2.核心流程

了解了PoS的時(shí)間分配后，我們?cè)賮砜聪抡麄€(gè)共識(shí)過程是如何高效、安全的執(zhí)行。

圖4：PoS（Proof of Stake）核心流程

1）驗(yàn)證者挑選

以太坊每12秒就會(huì)生成一個(gè)slot，此時(shí)這個(gè)slot會(huì)從幾百萬個(gè)候選節(jié)點(diǎn)中選出1個(gè)“提出者”（Proposer）負(fù)責(zé)打包交易，以及分批次挑選出“投票委員會(huì)”（Committees）負(fù)責(zé)監(jiān)督和投票。

2）開始Slot時(shí)段（12秒）

• 提出者出：提出者打包生成好區(qū)塊后，會(huì)廣播給相應(yīng)的“委員會(huì)"成員；

• 委員會(huì)投票：參與投票的“委員會(huì)”進(jìn)行“驗(yàn)證、簽名”。

• 聚合簽名：這些簽名會(huì)收集到一起進(jìn)行聚合簽名，并且傳給下一位提出者。

• 新提出者投票/出塊：新提出者要做兩件事，除了負(fù)責(zé)出塊，還要把收集的簽名給上游的區(qū)塊進(jìn)行投票。

3）第1次Epoch（6.4分鐘）

完成第一輪的32Slot投票后會(huì)開啟Epoch，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)檢查是否有節(jié)點(diǎn)作弊，如果檢查通過，此時(shí)已經(jīng)有2/3的節(jié)點(diǎn)完成驗(yàn)證了，數(shù)據(jù)已經(jīng)很難再被篡改了。

4）第2次Epoch（12.8分鐘）

當(dāng)進(jìn)行第二輪Epoch時(shí)，全網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)都完成了共識(shí)。此時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)證明上的不可逆。即使出現(xiàn)不可抗的天災(zāi)都無法逆轉(zhuǎn)了。（比傳統(tǒng)金融機(jī)構(gòu)的兩地三中心都靠譜很多）

5）獎(jiǎng)勵(lì)和罰沒

最后會(huì)對(duì)所有的參與者進(jìn)行“ETH和Gas費(fèi)”的獎(jiǎng)勵(lì)，當(dāng)然有作弊和掉鏈子的會(huì)“罰沒”他們質(zhì)押的代幣。

03 Gas費(fèi)分配與銷毀

最后我們?cè)賮斫榻B下Gas費(fèi)的分配機(jī)制，這在交易中是非常重要的。它決定了你的交易成本，同時(shí)也體現(xiàn)了以太坊實(shí)現(xiàn)持續(xù)（通縮）升值的長期主義。

早期，以太坊的Gas費(fèi)會(huì)全給驗(yàn)證者（就像比特幣一樣），這種模式會(huì)讓驗(yàn)證者優(yōu)先打包手續(xù)費(fèi)高的交易，不僅讓大量低Gas費(fèi)的交易擁堵，還會(huì)不斷的推高Gas費(fèi)，最終ETH越來越多，自然就通脹貶值了。

圖5：Gas費(fèi)拍賣機(jī)制

因此，推出了EIP1559協(xié)議，它實(shí)現(xiàn)了Gas費(fèi)“大部分銷毀、小部分獎(jiǎng)勵(lì)”。從圖中可以看到，用戶支付的Gas分為“Base Fee”和“Priority Fee”兩部分。

• Base fee（基礎(chǔ)費(fèi)）：占80%以上，這些Gas費(fèi)都會(huì)被銷毀。

• Priority Fee/Tip（小費(fèi)）：獎(jiǎng)勵(lì)給驗(yàn)證者，但它占比很小，他僅在交易擁堵的時(shí)候會(huì)有所提高。

通過這種機(jī)制，當(dāng)銷毀大于增發(fā)的代幣后，ETH就實(shí)現(xiàn)了升值。所以以太坊這種Gas銷毀機(jī)制讓大家都關(guān)注ETH的長期收益，而不是短期的手續(xù)費(fèi)。從而實(shí)現(xiàn)了“用戶和驗(yàn)證者”之間的精妙平衡。