混合PoW/PoS共識解析

要點速覽混合PoW/PoS共識將工作量證明（PoW）挖礦與權益證明（PoS）質押結合起來，以提升區塊鏈的安全性與治理能力。
在混合系統中，礦工和代幣持有人都參與區塊驗證，這使得任何單一參與方都更難控制整個網絡。
混合共識的主要優勢在於它限制了礦工的治理權，使代幣持有人能夠拒絕區塊，或對協議變更進行投票。
相較於純PoW或純PoS網絡，混合系統增加了複雜性，這可能會影響採用以及開發者的可及性。
簡介區塊鏈的共識算法是一套規則，用於決定誰可以添加新的區塊，以及網絡如何就賬本當前狀態達成一致。最成熟的兩種方法是工作量證明（proof-of-work）和權益證明（proof-of-stake），各自都具有已知的優勢與劣勢。
混合PoW/PoS系統試圖同時獲得這兩種方案的優勢。通過要求礦工和代幣持有人都參與區塊驗證，這些網絡可以分散決策權，並減少某些攻擊途徑。本文將以Decred爲主要示例，解釋混合共識如何運作。
工作量證明（Proof-of-Work）如何工作在純工作量證明區塊鏈中，礦工競爭去解出一個數學難題。第一個找到有效解的人將獲得添加下一個區塊並領取區塊獎勵的權利。網絡會將累計計算工作量最多的那條鏈視爲合法版本並接受。
這種設計意味着礦工對網絡擁有顯著影響力。對協議共識規則的任何更改都需要獲得多數礦工的支持。軟分叉（soft fork）需要其背後有足夠的算力來確保交易被正確處理。硬分叉（hard fork）會分裂網絡，由礦工實際上決定哪一條鏈能夠存活。
純PoW中主要的安全風險是51%攻擊。如果某個實體控制了超過網絡50%的哈希算力，它就可能通過在祕密中挖出一條替代鏈並在稍後發佈，從而重寫最近的交易歷史。這在像比特幣（Bitcoin）這樣的大型網絡上成本很高，但在較小的鏈上仍然是一個需要關注的問題。
權益證明（Proof-of-Stake）如何工作在權益證明（PoS）共識中，添加新區塊的權利由參與者所“質押（staked）”或作爲抵押鎖定的加密貨幣數量決定。這消除了耗能較高的挖礦過程，但也引入了另一組取捨。
純PoS的一個常見擔憂是“無利可圖（nothing at stake）”問題。在分叉場景中，PoS驗證者幾乎沒有損失去驗證多個彼此競爭的鏈，因爲這樣做幾乎不消耗成本。這可能削弱網絡達成單一共同狀態的能力。
另一個需要考慮的因素是代幣分配。PoW礦工通常會出售部分獎勵來覆蓋硬件和電力成本，從而使幣在市場中持續流通。PoS驗證者成本更低，且可能隨着時間推移逐步積累更高比例的流通供應。
它們如何在混合系統中結合混合系統在工作量證明的基礎上疊加權益證明的驗證。它們並不是在兩者之間做選擇，而是把這兩種機制一起使用。關於這兩種方案的有用對比，可在“工作量證明（PoW） vs 權益證明（PoS）”那篇文章中找到。
在Decred的設計中，PoW礦工通過計算工作量找到一個有效區塊，但該區塊並不會立刻被加入鏈。它必須先獲得一組隨機選出的PoS票據持有者的批准投票。一個區塊至少需要來自5個隨機選取票據中的3票，才能被視爲有效。
這會形成一種“制衡（checks-and-balances）”結構。礦工無法在未經質押者同意的情況下單方面強行更改或審查交易。同時，PoW層保留了能耗成本，使得重寫鏈變得昂貴。
Decred示例Decred是最具代表性的混合PoW/PoS共識實現之一。其PoS部分要求參與者鎖定DCR代幣以購買“票據（tickets）”。票據價格由一種市場機制設定，目標是讓任何時刻維持40,960張在途票據（live tickets）。
當PoW礦工生成一個有效區塊時，會隨機選出5張票據來對該區塊投票。如果5票中至少有3票投贊成，該區塊就會被加入鏈。若多數投反對，該區塊的常規交易會被退回到內存池（mempool）。重要的是，PoS投票者可以在不失去自身獎勵的情況下“削減（剝奪）”礦工的區塊獎勵，這會限制礦工對網絡利益不利的行動能力。
2023年6月，Decred的利益相關者通過鏈上投票流程批准了兩項重大的共識變更。DCP-0011將PoW哈希算法從BLAKE-256更新爲BLAKE3，並引入了ASERT難度調整算法。DCP-0012調整了區塊獎勵分配：其中1%給PoW礦工，89%給PoS投票者，10%給金庫（Treasury）。
這與最初的60/30/10分配相比是一個顯著變化，體現了社區對更強的PoS主導治理模式的偏好。
Decred的治理也不止於區塊驗證。利益相關者通過鏈上“批准（ratification）”流程爲協議升級投票：只有當至少75%的投票票據（voting tickets）在爲期四周的期間內批准該變更時，它才能激活。項目層面的支出決策使用Politeia提案系統，由10%的金庫分配提供資金。
混合共識的安全收益混合模型顯著提高了發動多數攻擊的成本。在純PoW網絡中，攻擊者需要控制超過50%的哈希算力。採用混合機制時，攻擊者還必須控制大量處於“在線”的質押票據（live staking tickets）。
在Decred的情形下，想要獲取足夠多的票據以持續推翻PoS投票是困難的。票據只能在每個區塊的有限數量內購買，而購買大量票據會推高票據價格。購買後，所使用的資金在票據投票或過期之前會被鎖定，這使得攻擊者必須承受因攻擊失敗而導致的DCR可能貶值風險。
另一個安全收益是透明性。因爲每個區塊都必須由隨機選出的票據持有人進行廣播和投票，礦工無法在祕密中搭建鏈。這消除了“私下挖礦、稍後發佈”的攻擊可能性——這是PoW雙花（double spend）的核心機制。
限制與注意事項混合系統會增加架構複雜度。基於或集成混合的PoW/PoS鏈進行開發的人員必須考慮額外的驗證層，這可能會減慢開發進度，並減少可用工具與專業知識的儲備。
雙因素要求也可能帶來延遲。區塊需要等待票據投票後才能最終確定，這可能導致確認時間略長於可比的純PoW鏈。
此外，作爲一種設計類別，混合共識涵蓋了廣泛的實現方式。例如，主節點（Masternode）網絡會將PoW挖礦與類似質押的角色結合在一起，用於特殊節點，但它們與Decred的方法運作方式不同。並非所有混合系統都提供相同的治理特性或安全保障。
常見問題（FAQ）什麼是混合PoW/PoS共識？混合PoW/PoS共識是一種區塊鏈設計：既要求礦工（使用計算工作量）參與，也要求質押者（將代幣作爲抵押鎖定）參與區塊驗證。其目標是將工作量證明（PoW）的安全特性與權益證明（PoS）的治理優勢結合起來。
哪些區塊鏈使用混合PoW/PoS共識？Decred是最爲人所熟知的例子。其設計要求PoW礦工找到有效區塊，並要求PoS票據持有人在區塊被加入鏈之前對其進行投票。2023年，Decred的利益相關者投票決定將區塊獎勵調整爲：1%給PoW、89%給PoS、10%給金庫。
混合共識如何提升安全性？通過要求挖礦算力和質押票據共同才能添加有效區塊，混合系統會提高多數攻擊的成本。攻擊者需要同時控制兩種資源中的相當大份額，這比僅控制其中一種要貴得多。
委託權益證明（Delegated proof-of-stake）使用代幣持有人來選舉一組固定的區塊驗證者，而不包含任何挖礦組件。混合PoW/PoS則保留能耗較高的挖礦層，並在其上疊加PoS投票，讓利益相關者能夠對礦工行使否決權。這兩種方案在治理結構與安全假設方面也不同。
結語混合工作量證明/權益證明（Hybrid proof-of-work/proof-of-stake）共識是區塊鏈治理中平衡礦工與利益相關者權力的一種思路。通過同時結合兩種機制，這些系統可能對某些攻擊類型提供更強的抵抗能力，並比純PoW鏈帶來更具民主性的升級流程。
延伸閱讀什麼是工作量證明（PoW）？
什麼是權益證明（PoS）？
工作量證明（PoW） vs 權益證明（PoS）
什麼是區塊鏈共識算法？
什麼是51%攻擊？
免責聲明：本文僅以“現狀（as is）”方式提供一般信息與教育用途，不作任何形式的陳述或擔保。本文不應被理解爲金融、法律或任何其他專業建議，也不旨在推薦購買任何特定產品或服務。你應向合適的專業顧問尋求自己的建議。若本文由第三方貢獻者提供，請注意這些觀點屬於第三方貢獻者，且不一定反映幣安學院（Binance Academy）的觀點。數字資產價格可能波動。你的投資價值可能上升或下降，你可能無法收回投資金額。你僅對自己的投資決策負責，幣安學院不對你可能遭受的任何損失承擔責任。欲瞭解更多信息，請參閱我們的使用條款（Terms of Use）、風險警示（Risk Warning）以及幣安學院條款（Binance Academy Terms）。