在幣圈，經常會聽到人們提到 PoS，因為 ETH 預計將在 2022 年 6 月邁入 ETH 2.0 階段，由原先的 PoW 轉向 PoS。本篇文章我們將會解說 PoS 是什麼、運作模式與優勢、缺點、風險等等你應該需要知道的資訊。
關於 ETH 2.0 的文章，可以參考：【ETH 2.0 教學】幣安質押 ETH 獲得 15% 年化報酬
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PoS 是什麼？
PoS 是權益證明 (Proof of Stake)，2011 年區塊鏈早期被提出的共識機制，不需要龐大的電腦計算能力。
也就是說不用花費大量的開銷在購買礦機設備、電費等等支出，其目的是為了解決工作量證明 (PoW) 所造成的能源消耗問題而提出的替代方案。
對於想要參與區塊鏈挖礦的投資者來說，門檻較低且簡易，人人皆能參與，同時也比 PoW 共識機制更環保。
其共識機制的原理是區塊鏈中存在多個節點，透過質押代幣的方式來爭取記帳權，以投資者的質押代幣多寡與時間為基準。
質押代幣越多、時間越久有越高的機率成為區塊的驗證者並取得記帳權，同時投資者參與質押挖礦是協助區塊鏈的拓展，因此也會獲得相對應的報酬，類似於持有股票多寡領取股息，只是差異在於兩者性質不同。
相較於 PoW 共識機制需要透過電腦的算力以及消耗相對的能源才能夠取得記帳權，
提出的新共識機制 PoS 能夠解決 PoW 礦機的能源消耗問題、提升安全性以及賦予較低的中心化風險，同時也讓驗證效率提高。
PoS 如何運作？
區塊鏈的 PoW 共識機制運行方式是由多個節點所連接起來的分散式網絡組成，以共識機制的演算規則：
透過礦機來計算隨機數的方式來不停地送出函數的 Hash 值至節點，使得最後產生的答案達到演算法設定的範圍內，才能夠成功打包區塊且持續地同步其鏈上資料至其他節點來達成共識。
但當人們注意到 PoW 共識機制所衍生的問題後，而提出新的共識機制解決方案：以質押代幣的多寡來爭取記帳權，也就是本文所講的 PoS 共識機制。
在 PoS 共識機制上的演算法會依據各個節點在區塊鏈上的質押代幣多寡來選出驗證者，也就是我們要去爭取到驗證節點才能夠取得記帳權。
其演算規則是質押越多代幣的一方就有越高的機率取得驗證節點來提出區塊並打包，接著該區塊的資料會同步到整個區塊鏈網絡中，而其他節點則會依據質押代幣的多寡來驗證該區塊的合理性。
此時，PoS 共識機制是不需要跟 PoW 共識機制一樣透過購買礦機且消耗能源的方式來爭取記帳權，而是透過投資者的質押代幣多寡在其鏈上的智能合約中來爭取記帳權。
換個角度思考，也可以說 PoS 共識機制是以購買代幣的成本取代原先的 PoW 共識機制的礦機運行成本。
PoS 共識機制的幣齡及利息
智能合約上的 PoS 共識機制還會計算幣齡 (CoinAge) 以隨機的方式選擇下一個區塊的驗證者，幣齡越大，爭取記帳權的機率越高。
除此之外，幣齡也會用來計算在取得記帳權時，能夠獲得多少利息獎勵，每一個代幣一天都會有一幣齡。
換句話說，幣齡的公式為幣齡 = 代幣質押天數 × 質押代幣的數量，比如說我質押 100 顆代幣花 10 天爭取到記帳權，此時我的幣齡是 1000。
然而其幣齡所獲得相對應的利息獎勵公式為利息 = 幣齡 × 該代幣的年利率 ÷ 365，比如說我的代幣年利率是 12%，因此我可以獲得 1000 × 12% ÷ 365 = 0.328 顆代幣利息獎勵。
而幣齡會歸零重新再次計算，避免有大量代幣質押的節點壟斷區塊鏈的問題產生。
另外，質押代幣的年利率是參考年化報酬率，每日都會變動，並不代表質押結束後能拿到相對應的值，僅參考用。
總結上述，我們能夠知道增加爭取記帳權的機率有以下三項條件：
- 質押代幣數量越多
- 質押時間越久
- 距離上次獲得記帳權的時間越久
在 PoS 共識機制上的質押挖礦適合長期持幣且不太會動用到該資產的投資者使用，能夠在持幣期間有代幣利息進帳，就如同持有股票分發股息一樣。
但是相對要注意的是它也同股票一樣有無法動用資產的時間，在質押期間內或者你要提前贖回質押資產，你都無法馬上動用，必須要等待一段時間才能夠拿回，
因此在質押時，所需要考量及注意的風險是若幣價發生了跌勢，你將無法及時拿回資產。
PoS 的優勢與劣勢
PoS 共識機制是為了解決 PoW 共識機制的缺點而提出的解決方案，但這也將會犧牲一些區塊鏈不可能三角的優勢來去彌補缺點。
我們將會透過條列式的方式來簡單區分說明 PoS 的各個優缺點。
PoS 的優點
- 相較於 PoW 礦機設備面臨供不應求時，PoS 不需要擔心有無礦機設備問題
- 在 PoS 的質押代幣機制下，可以減少駭客作為驗證者控制 51% 以上的權益節點的惡意操作攻擊機率
- 響應環保意識下，更可以符合人們期望，大幅節省資源能源的消耗
- 交易的驗證效率及性能相比 PoW更快，縮小達成共識所需的時間
PoS 的缺點
- 若區塊鏈分叉成2條鏈時，質押的代幣在2條鏈都能夠獲得利息，可能會影響區塊鏈的通膨
- 大量代幣集中在某一節點上，很可能會演變成資本主義而失去原有區塊鏈的信念
- 缺乏外部稀缺性使得質押代幣不用支付太多成本，很可能會造成嚴重的區塊鏈幣價支撐問題
- 質押的代幣無法馬上取回，若幣價發生暴跌，將會發生賺了利息賠了本金的問題
因此我們可以理解 PoS 共識機制雖然有很好的優勢，但也伴隨著相對應的風險。這也是區塊鏈所提到的不可能三角問題：只要兩方得到提升，必然會有一方是屬於弱勢的。
此時，我們就必須要思考在 PoS 共識機制中，犧牲了哪些因素呢？
然而區塊鏈所提到的「 不可能三角 」，指的是在區塊鏈的所有共識機制中，目前沒有一個共識機制可以完美的同時兼具這三項特質：去中心化 (Decentralization)、可擴展性 (Scability)、安全性 (Security)
雖然在 PoS 共識機制下，可以讓投資者透過質押代幣的方式取得穩定的利息收入，滿足不可能三角的「 安全性 」及「 可擴展性 」，
但也伴隨富者越富的風險，而喪失「 去中心化 」，因此該機制還是有風險與限制的存在。
PoS 與 PoW、DPoS 的差異
當我們了解 PoS 是透過質押代幣多寡的方式在區塊鏈上爭取記帳權，並獲取相對應的代幣利息獎勵。
雖然其中的原理滿像我們購買股票來領取股息，但是實際上背後定義並不一樣。那麼接著又有哪些較為常見的共識機制與差異呢？
因此我們將會以條列式與表格的方式來細說 PoS、PoW 以及 DPoS 的差異，以便淺解易懂。
- PoS：權益證明(Proof of Stake)，是針對 PoW 共識機制所衍生的問題而提出的共識機制，以質押代幣的多寡來爭取記帳權，雖然其共識機制解決了能源消耗問題，但是並未有效改善性能、效能及擴展性的問題，因此後來又衍生出改良版的 DPoS 共識機制。
- PoW：工作量證明(Proof of Work)，是區塊鏈最早出現的共識機制，也是 BTC 所採用的共識機制，以礦機設備的算力來爭取記帳權，但相對能源消耗問題比其他兩者共識機制高出許多，同時性能效率及擴展性較差，因此也就有 PoS 共識機制替代方案來解決此問題。
- DPoS：代理權益證明(Delegated Proof of Stake)，與 PoS 共識機制原理相同，差異在於多出選擇數個見證者，類似民主投票概念，以投票方式選出見證者，由他們負責管理驗證與記帳，這種機制能夠大幅降低節點量來提升性能效率及擴展性的不足，但相對權力會集中在少數節點上而犧牲安全性及去中心化。
| 共識機制 | PoS | PoW | DPoS |
|---|---|---|---|
| 代稱 | 驗證者 | 礦工 | 見證者 |
| 挖礦方式 | 質押代幣 | 電腦算力 | 質押代幣及聲量 |
| 挖礦成本 | 代幣 | 電力、礦機設備 | 代幣 |
| 代理人 | 無 | 無 | 有 |
| 能源消耗 | 無 | 有 | 無 |
| 安全性 | 中 | 高 | 低 |
| 去中心化 | 中 | 高 | 低 |
| 可擴展性 | 中 | 低 | 高 |
| 缺點 | 資產被鎖倉 | 礦機設備貴 | 資產被鎖倉 |
再者，透過簡單了解以上這三個不同共識機制後，我們可以理解到除了 PoW 共識機制是需要透過礦機設備的算力來爭取記帳權。
其餘兩者皆是透過質押代幣的多寡來爭取記帳權，差別在於有無代理人負責管理交易上的驗證及記帳。
共識機制的歷程
PoW 共識機制是透過算力爭取記帳權，在區塊鏈上建構區塊的人俗稱礦工，其挖礦所需要支出的成本是礦機設備、電力能源等等。
此外，在不可能三角理論中，由於節點驗證是需要全部節點共同驗證、容錯率較高，因此無法滿足「 可擴展性 」需求。
PoS 共識機制針對 PoW 共識機制的能源消耗缺點而改變共識機制，以低能源消耗的質押代幣方式來爭取記帳權。
此時，在區塊鏈上建構新區塊的人稱為驗證者，其共識機制有效改善原先的高設備成本門檻，使得各個投資者都可以透過交易所來參與質押挖礦。
DPoS 共識機制改良 PoS 共識機制在不可能三角理論中的「 可擴展性 」不足之處，以見證者代理多個節點的驗證與記帳工作來減少節點量，以此提升前兩者共識機制的性能效率。
總結
區塊鏈的 PoS 共識機制是針對 PoW 共識機制所產生的能源消耗浪費、交易速度緩慢及擴容性差等等問題而提出的新共識機制替代方案，
也是探討區塊鏈的未來發展是否能夠符合人們所關注的地球暖化、能源浪費等等議題而做出的改變。
儘管 PoS 共識機制相較於 PoW 共識機制有較多的優勢，但是從另一角度思考，若某節點擁有大量的代幣可以壟斷區塊鏈，將會失去區塊鏈的「 去中心化 」。
然而現階段沒有一個完美的共識機制可以解決問題，但各個項目方都正致力於開發一個「 去中心化 」、「 可擴展性 」、「 安全性 」三方面都能達到極大化的共識機制。
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