摘要

工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)是最常見的兩大共識機制，主流加密貨幣用它們來保障自身網路安全。

比特幣使用工作量證明來驗證交易，並保障網路安全。除此之外，工作量證明還能預防雙花問題。區塊鏈的安全由稱為“礦工”的參與者守護，參與者使用算力相互競爭，以此獲取確認新區塊和更新區塊鏈的權利。成功的礦工由網路給予比特幣獎勵。截至2021年12月，礦工每成功挖掘出一個比特幣區塊，即可獲得6.25枚比特幣的區塊獎勵，並附加交易費用。

工作量證明和權益證明的主要差異在於選取區塊交易驗證者的方式。權益證明是最熱門的工作量證明替代方案，屬於共識機制，旨在改善工作量證明的局限性，例如可擴展性和能耗問題。權益證明的參與者稱作“驗證者”，他們無需使用強大的硬體設備來競爭驗證區塊的機會，只需質押（鎖定）區塊鏈的原生加密貨幣即可。網路隨即根據加密貨幣的質押數量選出獲勝者，並從他們驗證的區塊中拿出一定比例的交易手續費作為獲勝者獎勵。質押的代幣越多，越有機會成為驗證者。

導語

為確保區了區塊鏈中記錄的交。是有效的，這些其中，工作量證明(PoW)機制出現得最早。該機制由中本聰創建，被公認為最安全的替代方案之一。權益證明(PoS)隨後問世，目前在山寨幣計畫中尤為常見。

除了比特幣，工作量證明也用於以太幣(ETH)和萊特幣(LTC)等主流加密貨幣。相較之下，權益證明則用於幣安幣(BNB)、Solana (SOL)、Cardano (ADA)和其他山寨幣。值得注意的是，以太坊將在2022年從工作量證明切換至權益證明。

什麼是工作量證明(PoW)及其如何運作？

工作量證明(PoW)是由比特幣網路和其他許多加密貨幣採用的共識演算法，可預防雙花問題。中本聰在2008年發布的比特幣白皮書中提出這個概念。

工作量證明本質上確定了比特幣區塊鏈實現分散式共識的途徑。它以去信任化的方式驗證點對點交易，無需第三方中間機構的介入。

在比特幣這樣的工作量證明網路中，交易由礦工負責驗證。他們是網路的參與者，利用大量資源來確保網路持續安全的正常運作。礦工同時也要負責創建和驗證區塊交易等任務。為爭取到驗證下一區塊的權利，礦工需使用高度專業化的挖礦硬體來解決複雜的數學難題。

第一位成功攻克這些數學問題的礦工即可贏取將區塊加入區塊鏈的權利，並賺取所謂的區塊獎勵。區塊獎勵由新產生的加密貨幣和交易手續費組成。網路情況不同，區塊獎勵的加密貨幣數量也會有所不同。例如，礦工從比特幣區塊鏈成功挖出一個區塊，即可獲得6.25枚比特幣以及每個區塊交易手續費的獎勵（截至2021年12月）。然而，由於減半機制，每隔21萬個區塊（約四年），每個區塊產生的新比特幣將減少50%。

如需詳細了解工作量證明模式，請閱讀《什麼是工作量證明(PoW)？ 》。

什麼是權益證明(PoS)及其如何運作？

權益證明(PoS)是2011年推出的共識演算法，屬於工作量證明的替代方案，旨在解決工作量證明在可擴展性方面的限制。權益證明是人氣第二高的演算法，由幣安幣(BNB)、Solana (SOL)和Cardano (ADA)等加密貨幣採用。

雖然工作量證明和權益證明的目標一致，都是為了在區塊鏈中達成共識，但是權益證明採用不同的方式來確定區塊交易的驗證者。權益證明區塊鏈中沒有礦工。權益證明驗證者根據個人的加密貨幣持有量來競爭區塊驗證權，而非依賴電腦效能。

參與者在特定區塊鏈智慧合約鎖定一定數量的代幣，即可獲得區塊驗證權。這個過程稱之為“質押”。然後，權益證明協議將分配驗證者驗證下一個區塊。根據不同的網絡，選取過程將隨機或按持有量（質押量）決定。選出的驗證者可從他們驗證的區塊獲得交易手續費作為獎勵。一般情況下，質押的代幣越多，越有機會被選為驗證者。

如需了解詳情，請閱讀《權益證明(PoS)詳》。

工作量證明(PoW)與權益證明(PoS)的不同之處

雖然同屬確保區塊鏈網路安全性的共識機制，但二者存在一定差異。顯而易見，工作量證明和權益證明的主要差異在於選定驗證新交易參與者的方式。為讓各位了解得更清楚，讓我們來看看下列表格：

權益證明是否優於工作量證明？

權益證明支持者認為權益證明比工作量證明更具優勢，尤其是在可擴展性和交易速度方面。有人認為，與工作量證明相比，權益證明代幣對環境的危害較小。與之相反，許多工作量證明支持者則認為，權益證明作為一種較新技術，在網路安全方面的潛力還尚無定論。工作量證明網路需要挖礦硬體、電力等大量資源支持，這樣一來，攻擊成本也會更高。這對於比特幣這個規模最大的工作量證明區塊鏈來說尤其如此。

如前所述，以太坊(ETH)將在升級為以太坊2.0時，從工作量證明切換至權益證明。以太坊2.0是期盼已久的以太坊網路升級，旨在改善網路效能和解決可擴展性問題。在以太坊實施權益證明後，所有持有32枚以太幣的用戶都能參與質押成為驗證者，並獲得獎勵。  

權益證明是否優於工作量證明？是什麼原因讓市值位居第二的加密貨幣採用這種全新的共識機制？

中心化風險

在工作量證明區塊鏈中挖礦，需要使用算力反复推敲區塊數據，直到找到有效的解決方案。對於目前的主流加密貨幣而言，要找到解決方案越來越具有挑戰性。窮舉運算哈希的過程需要耗費昂貴的硬體和電力。

因此，有些礦工更願意將挖礦資源集中到礦池，以增加獲得區塊獎勵的幾率。有些大型礦池投資數百萬美元並操控成千上萬個專用積體電路(ASIC)挖礦硬件，以便產生盡可能多的哈希算力。

截至2021年12月，前4名的礦池共掌控近50%的比特幣總哈希算力。礦池壟斷的情況下，加密貨幣愛好者要憑一己之力挖出區塊，可謂難上加難。

那麼，挖礦的去中心化程度有多高呢？一方面，沒有單一實體能完全掌控網路確認。如果發生這種情況，可能會發生51%攻擊，網路將失去價值。有人會爭辯說，雖然挖礦仍具有去中心化性質，但程度不再那麼高。從某種意義上來說，挖礦設備和能源生產商依舊掌控挖礦命脈，拉低工作量證明區塊鏈整體的去中心化程度。

權益證明共識機制則採取不需的方式，以質押取代了挖礦能力。這種機制可降低個人確認交易的進入門檻，減少對位置、設備和其他因素的倚重。質押只需由持有代幣的數量決定。

然而，大多數權益證明網路需運行驗證者節點才開始確認交易。這樣運作可能成本昂貴，但不抵幾台礦機燒錢。用戶將代幣委託質押給特定的驗證者，形成類似礦池的模式。因此，雖然一般使用者更容易參與權益證明，但像礦池一樣，仍易受到中心化問題的影響。

安全風險

除中心化風險之外，前四名的礦池掌控比特幣網絡的大部分哈希算力，這樣會增加51%攻擊的風險。 51%攻擊是指惡意行為的個體或組織掌控超過全網50%的總雜湊算力後，可能會對區塊鏈系統發動安全攻擊。攻擊者會完全控制區塊鏈共識演算法，並實施惡意行為謀取私利，例如造成雙花問題、拒絕或更改交易記錄，或阻礙他人挖礦。但是，鑑於比特幣網路的規模，發生這種攻擊的機率微乎其微。

相對而言，如果有人攻擊權益證明區塊鏈，則需要擁有網路中超過50%的代幣。這會造成市場需求和代幣價格上漲，而且需要花費數百億美元。即使成功實施了51%攻擊，由於網路遭到破壞，攻擊者質押的代幣價值也將急劇跌落。因此，使用權益證明共識的加密貨幣，尤其如果市值較大，幾乎不會發生51%攻擊。

權益證明的弊端

許多人認為，權益證明是替代工作量證明的最佳化選擇，但值得注意的是，權益證明演算法也存在缺陷。受獎勵發放機制的影響，驗證者質押的資產越多，就越有可能獲得驗證下一個區塊的機會。驗證者累積的代幣越多，就能質押和賺取更多代幣，因此很多人指責這是“富人恆富”。由於權益證明區塊鏈通常會將治理權賦予驗證者，這些“更富有”的驗證者同時又影響到網路的投票權。

另一個擔憂則是，較小市值的加密貨幣採用權益證明會面臨安全風險。如上所述，以太幣或幣安幣等較熱門的加密貨幣幾乎不會遭受51%攻擊。但是，價值偏低的較小規模數位資產則更容易受到攻擊。攻擊者取得足夠的代幣就能在與其他驗證者的競爭中佔上風。只要頻繁被選為驗證者，他們就能佔盡權益證明體系的優勢。然後，他們將賺取的獎勵再次質押，以增加在下一輪被選中的機會。

總結

工作量證明及權益證明皆在加密貨幣生態系中佔有一席之地，很難判斷哪一種共識協議比較有效。由於挖礦過程中排放高碳，工作量證明慘遭詬病，但仍是公認的保護區塊鏈網路的安全演算法。儘管如此，隨著以太坊從工作量證明轉向權益證明，權益證明體系未來將獲得更多新項目的青睞。