Random Capital 合伙人刘毅：PoS 对区块链安全的意义

作者 | 刘毅

来源 | 野花说

本文为加密媒体型社区“野花说”对 Random Capital 合伙人刘毅的采访实录。源自线上分享活动“PoS 区块链投资精进：为何 PoS 通证是未来？”。 刘毅是 Cdot Network 创始人，Random Capital 合伙人，清华大学硕士，区块链和大数据技术专家，有 20 年多种资本市场投资经验，是 BTC 早期投资者，也是 Web 3 和 Polkadot 的布道者。

以下是分享全文：

大家晚上好，我叫刘毅，研究方向是 Web3、区块链技术和加密经济学。今天我将给大家分享关于 PoS 的内容。

原来是打算讲 PoS 通证分析的，后来改主意了，我想跟大家讨论为什么有了 PoW，区块链还需要 PoS。

有人说：只有 PoW 才能可靠地打通现实世界和虚拟世界的价值；PoS 是凭空造币，以不公平的方式分配，注定会造成垄断等等。还有更直截了当的看法：所有 PoS 链都是骗子。这些论断没法反驳，或者说既不能证明，也无法证伪。我只想谈事实，以及可以被证明或证伪的理论。

大家常说的 PoW 和 PoS，分别指基于工作量证明的中本聪共识，和基于权益证明的 BFT 共识，后面还是简称为 PoW 和 PoS。设计共识协议不是为了公平地把币发出去，而是为了维护区块链网络安全。本文所说的区块链都是指公链，不包括联盟链和私有链。

什么是区块链网络安全？这个问题似乎很基础，其实非常复杂。但是反过来解释简单很多，什么是不安全的区块链？或者说区块链可能发生什么安全事故，如果发生了会有什么问题？

区块链是分布式账本技术，是生产信任的机器。区块链的数据结构和网络协议设计，都是为了在无中心协调的条件下，在网络不可靠、参与节点不可靠的拜占庭环境下，安全可验证地记账。可以说区块链天然就比其他类型的网络架构安全。

不考虑软件缺陷，区块链可能发生的安全事故只有两种，一是被 DDOS 分布式拒绝服务攻击，二是被双花攻击。DDOS 攻击就是给网络捣乱，让网络整体或者局部不能正常工作，但是捣乱并不能直接获利。对于传统的网络，DDOS 攻击的盈利模式是勒索或者收钱办事。要么有人花钱雇佣黑客去给竞争对手、或者他不喜欢的网络捣乱。要么攻击者先捣乱，然后向运营方要钱，不给钱就继续捣乱。区块链是去中心化网络，勒索就不知道该向谁要钱。而且区块链是分布式自组织的网络，如果规模比较大而且设计良好，要让它失效很难，成本很高。所以区块链安全要考虑 DDOS 服务攻击，但不是重点。

重点是双花攻击，它是区块链网络现实存在的威胁。按字面的意思，双花就是一笔钱花了两遍。那么一笔钱怎么能花两遍呢？目前已经发生成功的双花攻击，都是如下流程：

• 转币进交易所；

• 把币卖出，钱提出来；

• 发动攻击分叉区块链，新链不包括第一步转币的交易。相当于币又回到攻击者的地址上。

双花攻击需要提前进行精心准备，不是临时起意发动的。要分叉区块链，而且从一段时间之前的区块开始分叉，是有成本的，对于 PoW 就是要有算力，你得把分叉链挖成最长链，被其他人接受才行。所谓成功的双花攻击，就是攻击获得收益，要大于花费的成本，攻击者从中获利了。如果折腾半天，买算力的成本比双花的收益还高，那还是属于捣乱的范畴。所以实施双花攻击并不容易，成功的案例也不多。

区块链历史上成功的双花攻击，有两点特别值得注意。第一点是被成功攻击的都是 PoW 链。我希望那些天天说 PoS 不安全的人注意这个事实，PoS 链哪怕是早期不太成熟的 PoS，都没有被双花攻击过。这不是说 PoS 链不能被攻击，是攻击 PoS 链无利可图，原因我后面会讲。所以对 PoS 攻击方式的研究都是理论，现实环境中没人干。第二点是双花攻击对币价的影响。可能很多人跟我一样，双花攻击证明了链不安全，那肯定币价暴跌啊。现实情况不是这样，大家去查查 ETC、比特黄金、Verge 遭遇双花攻击的行情，币价只跌了一点点。

为什么呢？因为双花吃亏的是交易所，相当于攻击者骗走了应该属于交易所的币。大部分持币者会想：跟我有什么关系？我手里的币没少也没被稀释。交易所赚那么多钱，活该他出血。所以你投资的币，如果被双花攻击了，不要认为天塌了，马上跑。但是注意，不要马上就跑，等风头过去了，还是应该跑。为什么呢？因为保障加密资产安全，是区块链最重要的能力。这次攻击倒霉的是他，下次攻击倒霉的可能是我。所以一条区块链被贴上了不安全这个标签，基本上就走上了缓慢归零的道路，除非它能证明安全问题解决了，但是非常困难。大家可以查一查 ETC、比特黄金、Verge 被攻击后市值排名的变化。因为价格变化是跟整体市场有关的，市值排名反应了在行业内的地位。

上面谈了不安全的区块链。BTC 非常安全，这个大家都认同，但是 BTC 安全不代表 PoW 安全。下次听到有人说 PoW 比 PoS 安全，你可以用事实来反驳他。为什么同为 PoW 链，有的安全有的不安全？因为 PoW 链安全的前提是：区块奖励高于同期租用 51% 算力的成本。（应该是区块奖励+交易费，但是交易费通常比区块奖励低两个数量级，在此忽略不计，下同）。非常简短的前提，但实际情况非常复杂，需要分几种情况来说明。首先是通用计算机挖矿为主，还是专用矿机为主。如果是通用计算机挖矿为主，理论上来说都是不安全的。为什么呢？因为挖加密货币的通用计算机，只占互联网计算机很小很小一部分。如果攻击者控制的僵尸网络（类似于以很低成本租用了大批通用计算机）比诚实挖矿网络的算力高，就可以发动双花攻击。

专用矿机是固化了某种 Hash 算法，例如 SHA256 的矿机，所有采用 SHA256 的链都可以挖。对于同一类专用矿机，算力占比最大的链是最安全的。算力分配是由区块奖励金额决定的。假设每个小时 BTC/BCH/BSV 三条链提供的出块奖励分别是 100 元、3 元、2 元，那么算力就会按 100:3:2 的比例分配。如果有利可图，攻击者就可能租用总算力的一小部分来攻击 BSV，但是租用大部分算力来攻击 BTC 则非常困难。

这里有两个问题。第一为什么要租算力，矿工自己不能直接攻击吗？一般来说不会，因为矿工和矿场做双花攻击，可能单独看是获利了。但是链不安全了，币会贬值，相应的矿机也跟着贬值。所以手里有大批专业矿机的人，不会攻击链，至少不会攻击区块奖励最大的链。第二个问题是，多数情况下，挖矿是有利可图的，所以算力租用成本很高，攻击不成立。但是特殊情况是，币价暴跌，前期扩张的算力过多，大量的矿机关机。这时候租用矿机的价格仅仅高于运行成本，也就是电费，区块奖励低的币就很危险。综合上面的分享，可以把 PoW 的安全前提大致变成：专用矿机挖矿，而且算力占比最高。

知名加密货币研究者 Nic Carter 用上图说明：A 链在同类算力占一小部分。B 链占了同类算力的一大部分。虽然 A 链的算力的绝对值（即 Hash Rate）高于 B 链，但是 B 链比 A 链更安全。

到这一步，我们可以回到主题，说说为什么需要 PoS。一个前置的问题是：除了 BTC 以外，其他链还有没有必要？BTC 最大化主义者认为，BTC 是唯一有用的加密货币，其他区块链，包括以太坊都是在瞎搞。如果你同意这个观点，当然 PoS 就没必要。另外一些人（包括我）认为，去中心化加密协议定义高效的市场，能够降低交易成本。世界需要很多加密协议，很多条区块链。

新运行一条区块链，如果采用 PoW 协议，会遇到冷启动困难。其实不只新 PoW 链，BTC 也遭遇过冷启动难题。就是币不值钱，没什么人挖矿，所以网络不安全，网络不安全所以币没法升值。BTC 之后的三年，币价低，网络脆弱，关注的人很少。由于挖矿收益 = 市值 * 增发率。PoW 币要有很高的市值和增发率，才能吸引矿机厂商设计 ASIC 矿机（一次性成本很高）、矿工大量购置部署矿机。

这就陷入了先有鸡还是先有蛋的冷启动难题：新生网络不安全，应用少；而且增发率高，不被当作价值存储；市值难以扩大。市值低挖矿收益就低，算力无法增长。

设计新的 PoW 链要选择用哪种 Hash 算法。如果选已经有专用矿机的算法，那么初期币价低，算力占比低，链不安全。如果选择还没有专用矿机的算法，就要经历一段时间的通用硬件挖矿，这段时期网络也不安全。

当然我只是说困难，不是说不可行。例如 Nervos，他们团队有很好的口碑，做了很多创新。所以主网上线的时候，CKB 已经有比较高的市值，区块奖励很高，可以吸引很多算力来挖矿。Nervos 设计了独特的 Hash 算法，由于区块奖励很高，可能很快就会出现专用的矿机，这是 Nervos 社区乐于见到的。因为 Hash 算法是新的，新矿机只能用来挖 CKB，网络的安全性大幅提高。但是，Nervos 应该被视为特例，它的启动过程恰恰证明了，新链采用 PoW 非常困难。很难想象，未来几年会出现十几条、几十条甚至更多 PoW 链，能够完成自举。

PoS 链即便处于早期也可以很安全。因为对 PoS 链做双花攻击，需要掌握至少 1/3 Staking 的币。手里有那么多币，应该是数一数二的大户了，双花攻击引发币价下跌，损失最大的是自己。跟最大的矿工不会攻击 BTC 是一个道理。那么有没有可能，攻击者两次卖出双花的币，快速获利离场呢？我们来看一个例子：

假设一条 PoS 链，总流通市值只有 1000 万美元，而且 Staking 比例很低，只有 30%。跟市场上流通市值数千万美元以上、Staking 比例达到 50% 甚至更高的 PoS 链相比，显然更容易被攻击。攻击者已经准备好了条件，他控制了 1/3 的 Staking （总量的 10%），同时还拥有占总量 10% 的流通筹码。于是攻击者首先把流通的 10% 转入交易所 1，卖出后把钱提出来。然后发动攻击逆转了存币交易。为了不承担攻击暴露币价下跌损失，他快速地把恢复到自己地址的 10% 存入交易所 2，卖出后提款。如果整个过程中币价都没有下跌。攻击者的成本（10% Staking 被罚没）和收益（10% 流通筹码卖了两次）恰好持平。

上述是对攻击者最有利的情况，但现实环境中不可能出现。因为攻击者卖出受到市场流动性的限制。先不说第一个 10% 卖出给币价的冲击。专业安全公司发现 BFT 链分叉并发出警告，只需要几分钟时间。攻击者不可能在不引起交易所关注、不影响币价的条件下卖出第二个 10%。

所以 PoS 的链，无论币值高低，只要软件没有缺陷，都是安全的。多说一句，软件缺陷跟协议本身没有关系，是实现的问题。但是不可否认，新一代的 PoS 链上线时间还太短，可能存在隐匿的缺陷，需要时间来验证其安全性。

除了安全启动外，PoS 跟 PoW 相比还有一个优势，就是快速最终性。最终性就是区块不会被链放弃，成为孤块。PoW 链只有概率最终性，刚出来的块不太可靠，可能被放弃掉（重组）。随着区块后面不断附加区块（深度增加），被放弃的可能性越来越低。当深度增长一定量，用户可以确信区块不会被放弃了，区块里的交易不会被逆转。

基于 PoS 的 BFT 共识通常具有快速最终性，合法（对出块和敲定分开的混合共识是指被敲定）区块一出来就具有最终性，如果被逆转意味着出大事儿了，有 1/3 Staking 的币被系统罚没。比较快速最终性和概率最终性，需要找到可以比较的维度。就像梨和苹果，有人喜欢吃梨、有人喜欢吃苹果，比较它们的味道不会有大家都认可的结论。如果比较价格就容易了，在一个市场里，哪个贵哪个便宜一目了然。

还是 Nic Carter 写的《这叫交易结算保证，小傻瓜》，这篇文章本来是比较 PoW 链的。但是他所提出的结算保证的概念，同样适用于比较 PoW 和 PoS 链。

如上图，PoW 的结算保证呈阶梯状，后面每多一个块，对块（内所有交易）的结算保证金额增加一个区块的奖励金额。BTC 当前价格是 8000 美元，每个块奖励 12.5 个 BTC，也就是大约 10 万美元。BTC 平均 10 分钟出一个块，结算保证增加 10 万美元。粗略地说，PoS 链结算保证可以认为不随时间变化。某个 PoS 链流通市值 1000 万美元，Staking 比例 30%，采用出块即敲定的 BFT 协议（例如 Tendermint）。交易只要被包含进合法区块，立即获得 1000 万30%1/3=100 万美金的结算保证。快速获得可量化的结算保证，对于很多加密协议的应用场景是有意义的。这是我认为 PoS 有必要性的第二个理由。

此外，基于 PoS 可以发展高效的加密协议社区治理，这方面的分析可参见拙作《加密协议治理之道》。好的，今天的分享就到此结束，感谢大家的聆听！

刘毅 作者

Sonny Sun 编辑

   Roy   **排版******

内容仅供参考 不作为投资建议 风险自担

版权所有 未经允许 严禁转载

本文转自“野花说”

原标题为《对话野花说 | 刘毅：有了 PoW，为什么还需要 PoS？》

☟☟☟