雖然值得從社會影響層面探索權益證明系統潛在優勢,但工作量證明是目前綜合考慮所有因素後最好的共識系統。

原文標題:《觀點 | PoS 更便宜》(Proof-of-Stake is less wasteful
撰文:Eric Wall
翻譯 & 校對:安仔 C1int & 阿劍

三個月前,我在推特上發了這張圖片,並附了下面這句:

聽說有人覺得「權益證明不那麼浪費能源」

觀點 | PoS 更便宜用柴油發動機驅動的 EV 充電樁

這條推特的本意是抖個機靈,但它無意中引發了我在推特上最有洞見的一次討論。在這次討論之後,我對這個問題的思維模式完全轉變了。

本文主要是想分享討論中迸發的洞見,以及我目前分析問題的思維過程。囿於篇幅,請諒解本文僅聚焦工作量證明和權益證明的經濟學比較,不涉及其它內容。

前奏

一開始,那條推特是想重申 Paul Sztorc 的 「沒有什麼比工作量證明更便宜」的論斷,這可能是工作量證明和權益證明比較上最有影響力的公開觀點(編者注:中譯本參見文末超鏈接)。

在 Paul 的文章中,他認爲無論是計算哈希或者質押資產,我們爲了贏取區塊獎勵所進行的勞動(以及在這個過程中負擔的成本)最終會和兌付的區塊獎勵價值相當。簡單來說,如果某一條區塊鏈平均的區塊獎勵價值 1000 美金,那工作量證明的礦工會支付高達 999 美金的成本(不過不會更高了)來獲取最大的出塊可能性,而權益證明礦工也會承擔高達 999 美金的鎖倉成本(也不會更高)去進行權益證明中的質押。

Paul 還主張,不僅個人成本可以如此比較,社會成本 也可以!在工作量證明的世界中,我們燒掉大量的能源以保證鏈的安全性;而在權益證明中,我們長時間鎖定相當大一筆資本以謀求相當的安全保障。Paul 同時認爲:將大量資本隔絕於宏觀經濟活動之外會傷害市場,阻礙技術的進步甚至抑制經濟發展。這纔是 Paul 的犀利之處,它從經濟學角度回答了比特幣之所以要保持原有設計的原因,在基本原理上拓展了原來僅從系統安全保障考慮問題的固化思維模式。

我這麼多年一直活躍在加密貨幣領域,Paul 的觀點基本上就是我從宏觀去思考這個問題時所採用的立場。2016 年我就在自己的碩士論文中引用了 Paul 。此後也有與很多比特幣支持者進行深入討論,我發現這基本上就是主流觀點。

接下來,讓我們看看那場火熱辯論中站在上述觀點對立面的思考,以及一些我自己的想法。

David Schwartz 如是說: 更划算的 PoS

David Schwartz 在這場討論中給出了以下觀點:沒錯,礦工和質押最終都會承擔高達 999 美金的成本來競爭 1000 美金的區塊獎勵。但從經濟學角度考慮兩個系統的安全保障,那可就大不一樣了。我們仔細想想,如果要在這兩個不同的系統中發起一次雙花攻擊,都分別要付出怎樣的代價?

在權益證明給系統中以每十分鐘區塊獎勵 1000 美金來算,一年大約是 5000 萬美金的區塊獎勵。如果質押者認爲 5% 的年化收益就算有利可圖,那大約會有價值 10 億美金的資本質押進來。此時要在權益證明系統上實施雙花攻擊,至少要有足夠資本來控制 2/3 以上的節點(也就是約 6 億 7 千萬美金),在攻擊實施之後這些質押資產也會大幅貶值。

雖然沒法確切量化工作量證明系統中實施雙花攻擊的代價,但可以肯定在某些情況下要比權益證明系統小很多。舉例來說,假如有一個礦工積累了 51% 以上的哈希算力,並且早就通過挖礦部分回本乃至完全回本了。這種情況下,發起一次區塊重組攻擊(按最近的七個區塊算)的成本遠遠不需要 6 億 7 千萬刀。攻擊的直接成本只需要花 7000 美金(7 x $1000)來生成最近的 7 個區塊。並且如果成功完成了區塊重組,攻擊者甚至能把這七個區塊獎勵都拿到手(不管完成攻擊之後這些獎勵還能剩多少錢)。

這裏並不是說在 PoW 系統中的雙花攻擊更易於實施,只是在做一個簡單的思想實驗。儘管分析中肯定存在諸多未周全考慮到的攻擊實踐細節,但它不失爲從經濟學角度探索這個問題的一個方向。

換個角度思考:質押 5 美金並且在一段時間後取回顯然好過直接銷燬 5 美金,因此跟銷燬 5 美金對應的選擇應該是質押 100 美金一整年,這樣產生的機會成本才和直接銷燬 5 美金相當。這時,雖然 個人參與這兩個系統的成本 相當了(約 5 美金 vs. 5 美金),但違約的 懲罰 極其不對等($100 美金 vs. 5 美金)!雖然現在的專用挖礦設備會導致某些硬件投資在攻擊發生後直接歸零,但這種風險遠遠比不上權益證明協議中巨量的資金損失風險,即使後者不需要消耗能源競爭出塊。

我們可以說權益證明和工作量證明的懲罰是不對稱的:在同等的區塊獎勵下,PoS 系統中會有更多資金在承擔風險。

以上分析指向了很多有趣的結論。如果權益證明能在同樣的成本取得更高的經濟安全性,這就意味的權益證明系統的 安全預算 可以比工作量證明少,但仍能取得相當的效果。進一步來說,也就意味着我們即使降低區塊獎勵,也能達到與工作量證明鏈相當的安全性。

反方 Paul : 沒人能控制區塊獎勵

上面談及的不對稱性以及權益證明系統減少區塊獎勵做法,在比特幣的世界中並不成立。比特幣運行前景是:在某一時刻出塊獎勵直接就停了。維護系統安全性的只剩下交易費——它顯然不受共識算法決定,而是由市場對區塊空間的定價決定。同時也能大膽假設這些交易費就足夠支撐鏈的安全性。因此,如果我們同意工作量證明鏈沒有區塊獎勵也能運行良好,那上面觀點提到的不對稱性毫無意義——它只會讓權益證明鏈被質押者設置的 「過於安全」 了。

反方的反方 Eric

Paul 說的有些道理,但他的反駁並不算刀槍不入。他的觀點建立在一個不充分的假設上:僅僅依靠交易費用能支撐工作量證明鏈的安全性。區塊鏈系統中的交易費隨時間變化高低起伏,同時關於單憑交易費能否提供所需的安全性的問題,本身也在比特幣社區內部引起了很多分歧和爭論。我們幾乎必定會看到交易費沒法提供必要安全預算的情況出現。因此站在這個立場上,權益證明協議在相同激勵下提供的更多安全性顯得十分有吸引力。

最壞的情況下(譯者注:去掉區塊獎勵),工作量證明鏈在停止通脹後會變得不穩定,而權益證明鏈則僅靠交易費就足以維持(按照上面的推論,可以比 PoW 鏈維持得更好)。更厲害的是,這意味着 PoS 系統的原生資產可能具有更高的存量流量比(譯者注:Stock-to-flow,俗稱 S2F,一些比特幣社區的人用來衡量稀缺性的指標,越高則稀缺性越高)!投機者們會蜂擁而至,不過對於一個不對稱安全預算的寶藏系統,投機熱也是理所當然。

Dan Robinson 如是說: 錢並不是一種資源

讓我們用奶牛和火山分別類比兩種共識協議。Dan 認爲現實世界的財富並不能用社會中有多少「錢」來衡量。這個道理不言自明——瘋狂印鈔不會讓這個世界變得更富足。印鈔只能通過再分配使得某些人有能力購買商品,但作爲整體的社會並不會因此突然增加生產能力,讓大家都變得更富足。

然而,在權益證明的貨幣世界中,只有質押的錢這一種資產退出了經濟循環。所以同理,難道產品或服務僅僅會因爲某些人質押了資產而減少嗎?不會的!這僅僅意味着某些人放棄了自己購買商品和服務的能力而選擇了質押資產,對其他人而言,可供購買的選擇由此增加了。質押不會破壞現實世界中的任何資產,也因此不會讓世界變得更窮。

Dan 接着反駁道:並不會發生 「將大量資本隔絕於宏觀經濟活動之外」 這種事。正如政府通過印鈔讓每個人變得更窮,質押者通過鎖定自己的資金也讓其他人變得更富(在一段時間內)。由於每個人都富了一點點,整個體系中的淨資本量不會發生變化。

反方 Paul : 錢確實是一種資源

Paul 的觀點認爲,錢不是水,並不會隨便倒在什麼地方上都能各處水平。事實上,資本能被集中到某些領域更爲關鍵,錢需要流向有用的地方。在充滿潛力的行業中適時集中注入資本對社會的推動,要遠大於給街上每個路人口袋裏多添 5 刀。

Dan 的觀點是:錢本身作爲一個計量單位看一點價值沒有這個觀點成立,但錢的分配過程會釋放巨大的價值。(理想狀態下)市場會把錢分配到產生價值的地方去,同時社會相當依賴於這些 「堆在一起的錢袋子」 能用在生產流程中。質押會顯著阻礙這些資本在市場上相當長一段時間的流通,也就意味着本能得到資助的一些創新項目難以繼續。這就是質押模式的 社會成本

反方的反方 Eric 如是說 (#1)

我是通過 「熵」 這個概念來理解 Paul 的觀點的。在熱力學中,我們認爲:

低熵 = 秩序 = 高能量

高熵 = 混亂 = 低能量

觀點 | PoS 更便宜

我認爲這個邏輯可以應用到經濟學中。

低熵 = 秩序 = 高經濟潛力

高熵 = 混亂 = 低經濟潛力

「堆在一起的錢袋子」 其實就是混亂系統中的 「有序」 孤島。準確的資本分配能提高整個系統的經濟潛力。

雖然部分實體的資金鎖定能讓系統中其它所有人都富一點點,但是這種財富卻雨露均沾地平均落到每個人頭上。系統整體的經濟潛力依然不理想。所以 Dan 的觀點實際上是 「質押並沒有把系統中的錢拿走」,而 Paul 認爲 「雖然的確沒有把錢拿走,但是權益證明系統把經濟潛力取走了,製造了系統的混亂!」 質押帶來的財富再分配丟失了原來集中資本所具備的能量。

反方的反方 Eric 如是說 (#2)

上一個觀點還算不上是反駁,我其實同意了 Paul 的觀點。以下才是對 Paul 的真正反方論點。

雖然我認爲 Paul 在原則上正確,但如果我們思考深一步,想想究竟誰會去質押,整個問題的圖景立刻就變了。

挖礦的環保能源

首先我們重申一個事實,那就是質押和挖礦的競爭都一樣激烈。在挖礦中,如果礦工有路子找到更便宜的硬件設備以及能源,他就能打敗其它礦工,因爲他的加入使挖礦難度增加了。因此,從宏觀視角看,礦業最有可能佔着地球上最便宜的可用電力資源。有趣的地方來了,沒法用在其它場景的 「山村」(trapped)能源纔是最便宜的能源。

這些所謂的「受困」能源大多來自天然氣、太陽能、風能以及大量的水力能源。上述能源在礦業中的佔比不斷升高,這個事實(用綠色能源來挖礦)也是比特幣支持者在討論 PoW 的環境影響時常常強調的。這裏說的的環保僅限於挖礦所用的能源類型,不涉及挖礦設備生產中所用的能源。

質押的 「環保」 資本

同樣的道理也可以用到質押上。在質押中你永遠比不過的,最便宜的「資本能源」是什麼呢?以以太坊爲例,質押者往往是以太幣的長期投資者。如果一個人長期看好以太幣,並且已經決定在未來的 5 到 10 年內看漲以太幣,那他在質押上完全沒有什麼經濟成本(virtually zero economic sost to staking)。不僅如此,對整個經濟體而言,無論這些人是持有還是質押,產生的影響都一樣。更重要的是,這種質押者願意接受越來越低的回報,這種特性會讓他們在質押競爭中無往不勝!這些無意有其它用途的資本(trapped capital)會擊敗有很多用途的資本(non-trapped capital),而後者則將流入到生產創造中,和上面的挖礦例子一樣。

觀點 | PoS 更便宜隨着質押池規模的擴大和越加激烈的競爭,質押的收益不斷下降(資料來源)

當有人說「權益證明不那麼浪費能源」

回到最開始這張圖片,我之所以覺得搞笑是因爲它調侃了權益證明只是拙劣地給工作量證明披了一層皮。

觀點 | PoS 更便宜

但是,反轉來了。現在看,用柴油發動機驅動充電樁並不等於直接讓車燒柴油。一輛被柴油充電樁充滿電的特斯拉,在路上能比燒相同多油的柴油車跑得更遠!電動引擎能更高效地利用能源,也因此真的更少浪費!

同理,權益證明中涉及的資本要比主流比特幣支持者們所認爲的多。「環保資本」 這個觀點是我自己發現的很有意思的一個視角,同時也是我轉變,認爲值得從社會影響層面探索權益證明系統潛在優勢的原因。

對工作量證明來說,這意味着什麼?

從狹隘的經濟學視角看,權益證明的確有我之前未曾考慮過的優勢,但我依然相信工作量證明是保障區塊鏈安全中最健壯的共識協議、是構建數字貨幣最可靠的支撐。

本文略去了很多權益證明系統中技術上的安全問題——其中很多都和權益資產可流轉(即,保障系統安全性的資產由系統本身產出)對系統安全性的影響有關。我現在依然很自信地認爲,工作量證明是目前綜合考慮所有因素後最好的共識系統,不過未來立場可能會轉變。我將密切關注權益共識的發展。

本文是爲一期與 Chorus One 合作的播客節目(見此處)的準備稿,Chorus One 是多個權益證明鏈的驗證者。

非常感謝 Hasu、James Prestwich、Dan Robinson、Brian Crain 以及 Torbjørn Bull Jensen 爲本文貢獻的精彩觀點,同時也感謝 Paul Sztorc、Alex Mizrahi、Emin Gün Sirer、Zaki Manian、David Schwartz、Georgios Konstantopoulos 和其它很多人對這場討論的熱情參與。

觀點 | PoS 更便宜圖片來自以太坊開發者 John Adler

最後,感謝 Dan Robinson、Hasu 以及 Brian Fabian Crain 三位老鐵。

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