什么是以太坊权益证明？如何运作？一文了解
权益证明 (PoS) 是以太坊共识算法的底层机制。对于那些不了解这一变化的人来说，以太坊在 2022 年正式切换到 PoS 机制，该机制被认为能耗更低，并为实现新的扩展解决方案提供了平台。
在本文中，Ledger Academy 将以简单而简洁的方式帮助您了解以太坊 PoS 共识算法的复杂性，让我们开始吧！
什么是权益证明（PoS）？
权益证明（PoS）是一种用于保护区块链网络安全的共识机制。共识机制是所有区块链的支柱，是决定网络如何运行的底层规则。
什么是共识机制？
我们先来理解一下“共识”的概念。一般来说，共识是指一群人达成一致的过程。
就区块链而言，共识是指网络上的一组节点确定哪些区块链交易有效的过程。共识机制是达成这种一致的方法论。
区块链是一种分布式、去中心化且通常公开交易的数字账本。区块链上的每笔交易都记录为一个数据“区块”，必须经过点对点计算机网络验证后才能添加到链中。该系统有助于保护区块链免受欺诈活动和双重支付的侵害。
共识机制种类繁多，虽然运作方式各有不同，但其目标只有一个：确保区块链上的交易记录真实可靠。权益证明 (PoS) 是最受欢迎的共识机制之一。
PoS共识机制
权益证明 (PoS) 网络是一种使用质押加密货币来保障自身安全的系统。每个验证节点都必须在网络上“锁定”一笔由 ETH 组成的安全保证金才能参与共识。通过使用加密货币作为抵押，它可以强制节点正常运行，并有助于维护网络安全。
以太坊 PoS 如何运作？
当前的以太坊由两个主要层级构成：
- 执行层：处理所有交易与智能合约；
- 共识层：负责区块生产、验证以及最终确认。
当用户质押 ETH 后，这部分资产会锁定在共识层，并启动一个验证者节点，从而具备出块和投票的资格 [Crypto for Innovation]。
系统将通过算法在众多验证者中挑选一位提议新区块，其他验证者则对该区块进行投票确认。整个流程包括：
- 提议新区块：被选中的验证者从执行层中收集待处理交易，并打包成区块。
- 参与投票确认：其他验证者会检查该区块是否合法，并进行投票。
- 获得奖励或面临惩罚：积极参与且表现良好的验证者可获得 ETH 奖励；反之则可能被削减质押资产。
一旦某个区块获得超过三分之二质押 ETH 的支持，即视为「最终确认」，意味着该数据不可更改，大幅提升网络抗攻击能力 [Ledger Academy]。
什么是验证者？
验证节点是区块链网络的重要组成部分。它负责参与权益证明 (PoS) 区块链的共识构建过程。验证节点对新交易区块的真实性进行投票，从而共同确保新区块在永久添加到区块链之前是有效的。同时，一个特定节点被选为当前时隙的“区块提议者”。该节点负责构建新的交易区块并将其广播给其他节点进行验证。
如何验证新区块？
每个验证节点都拥有相同的区块链历史记录副本。它们会根据这些共同的历史记录，评估新的交易区块是否有效。然后，验证节点会集体投票，最终将区块添加到主链。
以太坊网络如何选择验证者？
以太坊权益证明 (PoS) 系统中的验证者选择基于验证者在网络中的权益。具体来说，验证者的权益越大，该节点被选中将新区块添加到链中的可能性就越大。
以太坊质押要求
在以太坊 PoS 系统中，每个验证者必须质押网络的原生代币（在本例中为 32 ETH）。质押 ETH 的要求激励验证者以网络的最佳利益行事。这是因为，如果验证者试图破坏系统，或无法可靠有效地进行验证，他们就有可能损失自己的投资。
通过 Ledger Live 应用程序，您可以轻松安全地将以太坊币质押给验证器并开始被动地赚取 ETH 奖励。
什么是最终性？
最终性是指保护区块链上交易所需的时间。最终性保证区块链中的特定区块无法被更改或撤销。因此，区块内的交易是不可篡改的。
即使交易已被确认为最新区块的一部分，也并不意味着它无法被更改或撤销。在随后的短时间内，交易可能会受到恶意行为者的攻击，这些行为者会试图利用区块链的弱点。
以太坊权益证明机制下的区块最终性
在权益证明 (PoS) 机制下，以太坊使用“检查点”区块来管理验证者投票。每个周期（周期为 32 个 slot，验证者在此阶段提出并证明区块，周期为 6.4 分钟）的第一个区块就是一个检查点。
除了对单个区块的有效性进行投票外，验证者随后还会对整个检查点进行投票。如果检查点获得至少三分之二的质押 ETH 投票，则该检查点将被升级。之后，最新的检查点将被“合理化”。之前的检查点由于是上一个 epoch 的目标，因此已被“合理化”，现在将被升级为“最终确定”。
如果攻击者想要撤销最终确定的区块，他们就必须愿意损失至少三分之一的已质押 ETH。
什么是 Slashing？
罚没 (Slashing) 是 PoS 协议使用的一种惩戒机制，用于惩罚任何有害或不负责任的行为的验证者。这通常会导致网络扣除验证者的部分安全保证金（即他们最初质押的代币）。
为了进一步理解这一点，让我们看一下削减的一些关键要素：
激励验证者
在以太坊 PoS 系统中，验证节点质押的加密货币总额（32 ETH）将作为保证金。由于该金额可能会被网络“削减”（如果验证节点未能正确执行），因此验证节点有既得利益，会选择以有利于区块链的方式行事。
防止停机
导致罚没的最常见行为之一是停机时间。“停机时间”是指验证者离线且无法生成新区块的时间段。这可能是由于网络延迟、软件问题或硬件问题造成的。
当验证者宕机时，他们将无法参与共识过程。由于这会损害网络的整体运行，因此网络会通过罚没（slashing）对其进行惩罚。
权益证明（PoS）与工作量证明（PoW）有何不同？
PoW 和 PoS 都是共识机制，允许加密货币网络在无中心管理机构的情况下运行。但它们实现方式不同，安全性和可靠性也各有不同。
工作量证明：通过能源消耗实现安全
在工作量证明(PoW) 共识机制中，只有通过极其复杂的方程式计算出区块哈希值，才能添加新的区块。矿工可能需要进行数万亿次猜测才能随机得出该值。这会消耗大量电力。只有第一个完成此操作的矿工才能确认区块并获得奖励。在这个系统中，能源是网络用来保护自身安全的资源。攻破区块链共识机制所需的巨大能源，对恶意行为者而言是至关重要的威慑。
权益证明：通过质押代币实现安全
像以太坊这样的权益证明网络通过质押加密货币来保障自身安全。验证新交易的节点无需消耗算力来解决难题，而是将自身价值作为抵押品。这些节点高效、诚实地运行，避免损失抵押品。
与此同时，任何想要控制网络的恶意行为者都需要拥有当时质押代币的 51% 以上。控制网络上所有质押代币的 51% 非常困难，因此这种攻击的可能性极小。这就是权益证明网络的共识机制的运作方式。
总结
权益证明共识算法通常被认为是工作量证明的演进，使用者可以质押持有的加密货币成为验证人，建造新区块获得奖励，也能和其他节点共同验证交易纪录，维护区块链网络的安全。
虽然权益证明的共识机制看似改善了工作量证明所面临的诸多难题，但在区块链中仍然是较为新颖的技术，是否有其他未知的问题和缺陷，有待时间的考验及见证。
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