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什么是 Proof of Stake (PoS)

注意：本文档是英文原版的自动翻译。

什么是 Proof of Stake (PoS)

**权益证明（Proof of Stake，PoS）**是一种共识机制，其中参与者锁定（质押）他们的代币作为抵押，以获得验证交易和产出新区块的权利。与（如工作量证明中那样）竞相求解计算难题不同，PoS 验证者是根据他们向网络承诺投入的加密货币数量来选出的。如果他们诚实行事，就能赚取奖励。如果他们试图作弊，他们质押的代币可能会通过一个被称为 slashing 的惩罚流程被没收。这种设计用一种经济安全模型取代了耗电的挖矿：你质押的价值越多，作恶时你失去的也越多。

权益证明如今是区块链行业中占主导地位的共识机制。以太坊（Ethereum）作为最大的智能合约平台，于 2022 年 9 月完成了从工作量证明到 PoS 的转换（这一事件被称为"合并"，The Merge）。2020 年之后推出的大多数主要网络——包括 Solana、Avalanche、Polygon 以及许多专注于人工智能的链——从一开始就使用某种变体的权益证明。对于评估任何运行在 PoS 网络上或由 PoS 网络保障安全的加密货币人工智能项目而言，理解 PoS 至关重要。

简而言之： 权益证明通过要求验证者将他们自己的代币置于风险之中来保障区块链的安全，从而创造出一种诚实行事的经济激励，以及一种针对作恶的经济惩罚。

权益证明如何运作

作为经济安全的质押

PoS 的核心思想是：安全性来自经济上的风险敞口。验证者必须将网络原生代币的指定数量存入一份智能合约。这笔存款——即质押（stake）——充当抵押品。验证者实际上是在说："我把我的钱押上，以保证我会遵守规则。"

最低质押额因网络而异。以太坊要求每个验证者质押 32 ETH。其他网络设定了不同的门槛，许多网络允许较小的持有者通过**委托（delegation）**参与——将他们的代币托付给一个代他们运营基础设施的专业验证者。委托人分享奖励（在某些设计中，也分担风险）。

验证者选择与区块产出

在 PoS 系统中，协议会选择验证者来提议并见证（attest）新区块。选择过程通常包含按质押规模加权的随机性：质押越大的验证者被选中的概率越高，但结果并非确定性的。这种加权随机性防止任何单一实体垄断区块产出，同时仍然奖励对网络安全更大的贡献。

一旦被选中，验证者就会提议一个包含待处理交易的区块。其他验证者随后通过检查所有交易是否符合协议规则来**见证（attest）**该区块的有效性。当收集到足够数量的见证（通常是活跃验证者的三分之二）时，该区块即被视为已确认。

Slashing：作恶的惩罚

Slashing 是赋予 PoS 威慑力的机制。如果验证者被发现违反协议——例如在同一高度签署两个相互冲突的区块（双签/equivocating），或长时间离线——协议可以自动销毁其质押代币的一部分。惩罚的严厉程度因网络和违规行为而异：

违规行为 典型惩罚 目的
双签 / 双重签名（equivocation） 损失相当一部分质押（通常为 1-100%） 防止验证者试图制造分叉
长时间停机 小额递增的惩罚 激励可靠的基础设施
协同攻击（许多验证者同时被罚没） 升级的惩罚，可能高达全部质押 阻止串谋

Slashing 为作恶创造了直接的经济成本。一个质押了价值一百万美元代币的验证者，若因双签被罚没，可能会损失其中相当大的一部分。这种经济上的反向激励是 PoS 的核心安全保证。

奖励与验证者的商业模式

验证者因诚实参与而赚取奖励。这些奖励来自两个来源：

  1. 区块奖励 —— 由协议铸造并分发给区块提议者和见证者的新代币。这是 PoS 中相当于 PoW 挖矿奖励的部分。
  2. 交易费 —— 由提交交易的用户支付的费用。在某些网络中，这些费用的一部分归验证者所有；在另一些网络中，费用被部分销毁（burn）、部分分发。

质押奖励与交易费的组合，为质押的资本带来了收益。正是这种收益吸引了验证者和委托人参与网络安全，构成了 PoS 模型的经济支柱。

PoS 中的最终性

许多 PoS 系统提供确定性最终性（deterministic finality）：一旦某个区块被超级多数验证者确认，它就被视为不可逆转。这比 PoW 的概率性最终性更快、更明确——在 PoW 中，区块越来越难以被逆转，但永远不会绝对最终化。确定性最终性对于需要快速结算的应用尤为宝贵，包括许多涉及链上数据承诺或微支付的人工智能相关服务。

为什么这对加密货币人工智能项目很重要

权益证明是部署加密货币人工智能项目的大多数区块链所依托的共识机制。它的特性直接影响着这些项目所处的运营环境：

  • 低能耗开销 —— PoS 网络消耗的能源只是 PoW 网络所需的极小一部分。对于那些已经为训练和推理消耗大量计算资源的人工智能项目而言，运行在一条节能的链上可以避免叠加增加能耗足迹。
  • 快速最终性 —— 许多人工智能应用需要对链上操作（数据承诺、模型输出哈希、推理微支付）进行快速确认。PoS 网络通常比 PoW 提供更快的最终性，使其更适合对延迟敏感的工作负载。
  • 作为参与机制的质押 —— 一些人工智能项目不仅将质押用于网络共识，还用于人工智能特定的角色。验证者或节点运营者可能被要求先质押代币，才能贡献计算、数据或模型评估服务。在这些设计中，质押发挥了双重作用：它既保障网络安全，又为人工智能工作的质量创造了问责机制。
  • 验证者基础设施的重叠 —— 运行一个 PoS 验证者和运行一个人工智能推理节点都需要可靠的服务器和在线时长。一些项目将这些角色结合起来，要求验证者在履行共识职责的同时执行有用的人工智能计算。

它在 DecAIHub 项目卡片中出现的位置

当一张 DecAIHub 项目卡片显示 Consensus: PoS 时，意味着该项目的主要区块链网络使用权益证明作为其共识机制。这是对网络架构的一种事实性描述。

项目卡片中常见的配对：

卡片字段 示例值 它告诉你什么
Consensus PoS 网络使用权益证明
Main chain Ethereum、Solana、Avalanche 项目部署在哪个具体的 PoS 网络上
Type EVM、non-EVM、Appchain 项目的执行环境（架构层 L1/L2/dApp 通过 Consensus 和 Main chain 来反映）
Token model Staking、Utility token 项目的代币是否具有质押功能

Consensus 字段描述的是基础设施，而非质量。两个项目都可以显示 Consensus: PoS，却在 AI reality、Token necessity 和可验证证据方面有着根本不同的水平。

无所损失（nothing-at-stake）问题

PoS 的一个理论上的脆弱性是无所损失问题（nothing-at-stake problem）。在 PoW 中，矿工必须选择在哪条分叉上挖矿，因为挖矿需要真实的计算工作——他们无法高效地同时在两条相互竞争的分叉上挖矿。然而在 PoS 中，验证者理论上可以在多条分叉上签署区块而不产生额外成本，因为签署一个区块所需的计算微不足道。

如果验证者在每一条可能的分叉上都签署区块，网络就无法收敛到单一的链上，从而破坏共识。

现代 PoS 实现主要通过 slashing 来解决这个问题。如果验证者被发现签署相互冲突的区块，他们就会损失一部分质押。这为追随分叉的行为创造了直接的经济成本，从而有效地恢复了赋予该机制安全性的"有所损失"。其他对策包括：

  • 检查点最终性（checkpoint finality） —— 锁定已最终化的区块，使得更早的历史无法被重写。
  • 不活跃泄漏（inactivity leaks） —— 逐渐削减停止参与的验证者的质押，确保即使有很大一部分验证者离线，网络也能达成最终性。

仅凭权益证明无法证明什么

  • PoS 无法证明去中心化。 一个排名前五的验证者控制了超级多数质押代币的 PoS 网络，在实践中是中心化的，无论其机制标签如何。验证者的分布比机制名称更重要。
  • PoS 无法证明项目拥有真正的人工智能。 运行在 PoS 区块链上，对一个项目人工智能组件的质量或存在性毫无说明。一个 Consensus: PoS 且没有可验证人工智能工件的项目，是一个运行在 PoS 链上的人工智能声明，而非一个由 PoS 验证的人工智能项目。
  • PoS 无法保证高质押收益。 质押回报取决于代币通胀、费用收入、验证者竞争以及代币价格动态。该机制使质押成为可能，但不保证任何特定的回报。
  • PoS 并不意味着网络能耗为零。 PoS 比 PoW 节能得多，但验证者仍要运行服务器、维持在线时长并消耗电力。环境优势是真实的，但并非绝对。
  • PoS 无法防止所有攻击。 验证者串谋、治理俘获和智能合约漏洞都可能影响 PoS 网络，正如它们可能影响任何其他系统一样。该机制减少了某些攻击途径，但并未消除所有风险。

请勿混淆

  • 工作量证明（PoW） —— PoW 通过计算成本而非经济质押来保障网络安全。两者都是共识机制，但它们使用根本不同的资源。
  • 委托权益证明（DPoS） —— 在 DPoS 中，代币持有者投票选出一组固定的代表来产出区块。而标准 PoS 允许任何质押额超过最低门槛的质押者成为验证者。
  • 作为代币模型的质押 —— "质押"一词出现在两种语境中。在共识中，质押意味着锁定代币以保障网络安全。在代币经济学中，质押也可以指为了治理权、奖励或服务访问权而锁定代币。这些是相关的概念，但并不等同。
  • 共识 —— 共识是网络达成一致的一般性概念。PoS 是实现它的一种具体方式。
  • 委托（Delegation） —— 将代币委托给验证者是参与 PoS 的一种形式，但这并不能使委托人成为验证者。验证者运营基础设施并承担 slashing 风险；委托人分享奖励，并在某些协议中分担 slashing 敞口。

常见问题

与 PoW 相比，PoS 能节省多少能源？

与 PoW 相比，PoS 将能源消耗降低了约 99.9%。以太坊从 PoW 到 PoS 的转换，将网络的能源使用量从大约一个小国的水平降低到了一个小镇的水平。PoS 验证者运行的是标准服务器，而非专门的挖矿硬件，区块选择也不需要数百万次哈希计算。

我能在不运行验证者的情况下参与 PoS 吗？

可以。大多数 PoS 网络支持委托，这允许代币持有者将他们的代币指派给一个现有的验证者。委托人无需运营服务器基础设施，即可赚取验证者奖励的一份（扣除佣金）。一些网络还提供流动性质押协议，发行一种代表质押头寸的凭证代币，使用户能够在代币被质押期间保持流动性。

所需的最低质押额是多少？

这因网络而异。以太坊要求每个验证者质押 32 ETH。Solana 没有官方最低限额，但实际考量（硬件成本、投票账户费用）形成了一个有效的下限。许多网络将最低委托额设定得低至一个代币。该门槛是一项影响验证者经济学和去中心化程度的协议设计选择。

PoS 是否比 PoW 安全性更低？

PoS 和 PoW 提供不同的安全模型，没有哪一个绝对更安全。PoW 的安全性基于计算成本：攻击比特币需要获取并运营巨量的挖矿硬件。PoS 的安全性基于资本成本：攻击以太坊需要获取并质押巨量的 ETH，而如果攻击成功，这些 ETH 将会贬值。两种模型都在实践中经受过检验，也都有通过协议设计加以缓解的理论脆弱性。

如果验证者被 slashing，我质押的代币会怎样？

在大多数 PoS 网络中，slashing 同时影响验证者及其委托人。如果验证者犯下可被罚没的违规行为，委托人会按比例损失一部分惩罚额。这是有意为之的设计：它激励委托人选择信誉良好、运营出色的验证者，而非单纯追求最高收益。一些网络对委托人的敞口设有上限；另一些则施加完整的按比例惩罚。在委托前务必查看具体协议的 slashing 规则。

PoS 网络会遭受 51% 攻击吗？

在 PoS 中，相当于 51% 攻击的行为需要获取超过总质押代币三分之一（用于破坏最终性）或三分之二（用于接管链）的份额。这在经济上代价高昂，因为攻击者需要购买代币供应量的很大一部分，而这会推高价格。此外，如果攻击成功，质押的代币很可能会贬值，从而在财务上惩罚攻击者。Slashing 通过销毁攻击者的质押进一步增加了成本。虽然理论上可行，但 PoS 的 51% 攻击在设计上就是经济上非理性的。

外部参考资料

另请参阅

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