最近Vitalik提出以太坊要改POS，之前似乎业内也达成共识POS是可以替代POW的。所以认真啃了一遍PPC的源代码。

在2年之前，我针对POS写过一篇文章，抽象地谈论了POS不会那么神奇：从1983年提出数字货币理论，到2009年中本聪真正实现，中间跨度26年，可以认为POW是划时代的技术突破，如果POS真有那么神奇，就根本不需要等这26年了，因为POS可以说是任何人的第一直觉就能想到的解决方案。而事实上PPC的系统安全也是靠POW来实现的，POS只是一个花哨的噱头而已。

啃源代码收获，PPC的POS具体实现方法是：

1 POW block和POS block的比例为1:12，即每一个POW区块之后最多可以连续有12个POS区块。

2 POS区块没有新矿，只有利息。

3 POS计息，起始计息时间30天（即30天不动），最长计息时间90天（即无论存多久，最多收90天的利息）。

4 POS区块也有难度要求，难度是POW标准难度/coinage币龄。（coinage是币量x储蓄天数）

5 tx里增加nTime（时间）字段，以记录tx的生成时间，用于计算利息。

6 POS区块的coinbase为空。计息tx为coinbase的下一个tx，计息tx不收手续费。

7 POS区块的最后，计息 tx的收款地址要为blockheader提供一个签名

8 矿工不收手续费，手续费直接注销。

9 POW发行方式为新矿数量与难度系数的平方成反比，即难度系数越高，新矿越少。但是发行量无上限。

10 POW的难度系数完全基于POW区块计算，POS区块不参与难度系数计算。

 

下面逐条做一下解析：

1 虽然PPC引入了POS，但是却没有停掉POW，不但没有停掉，而且POW还是基石，而POS却象是花拳绣腿。这个是本文的核心话题，后面展开讨论。

2 pos区块没有新矿，改为收利息。因为这就是pos的设计目的啊，不用多说了。

3计息时限的上下限设计，是合理的。因为如果利息简单和时间成正比，不设时间上限，那么大家都不着急收利息，反正越攒越多，这样就不会有POS区块了；而另一个极端，如果不设时间下限，那么所有人就拼命发POS区块申请利息，P2P网络将被自己DOS攻击，而且领利息就完全是撞大运游戏了，越来越像POW，能耗也就高企了。30天下限，90天上限是一个合理的时间范围，每个人每个月开一次电脑，收好自己的利息下线，既不用抢block，也不用担心block过少。

4 POS区块大幅降低难度要求。按照PPC 2000万个币，平均每个POS区块5万个币收利息，x30天币龄=150万币天，所以POS的难度系数只有POW的150万分之一。对应的，收到的利息是50个币，和POW的发行数量却是相当的。这就是POS节能环保的关键。

5 tx上标时间，这个是严重的画蛇添足。连block的时间都是不靠谱的，更何况tx的时间？还有，tx的时间主要是用于收利息tx，不收利息的tx也白白增加4个字节，严重浪费硬盘空间啊。而且按照时间计息的方法极度复杂，不如简单的用block数计息。看来作者相对论没学好，把时间当成绝对匀速的了。不过这个事情也无关大局，可以忽略。

6 这是一种设计吧。也无关大局，就不分析好坏了。

7 提供对blockheader的签名，目的是为了让矿工实时在线。否则只要提供一个pos tx给矿池，矿池帮忙代收就行了，这样并不能有效增加全网活跃节点数量。

提供签名我是完全认可的，但是问题是签名并没有包含在blockheader里，这就带来问题了：（1）blockheader合格不能代表block合格。（2）同一个blockheader，对应的block内容可以不同（因为签名可以不同），这可锻性。。。

不多说了，这个问题不是大问题，而且也很好修复。

但是，由此带来的另一个问题却不是小问题：必须解锁钱包才可以pos挖矿，大幅压低币的安全性。即私钥要随时呆在内存里。这还了得？黑客通过P2P网络可以轻易地获得持币者的IP地址和持币量信息，然后如果持币者的电脑被大面积攻击，瞬间就会有大量的币丢失，一个币瞬间就废了。这个问题其实是无解的。要么允许预签pos tx，导致在线人数极少，POS 挖矿集中化；要么就得大幅降低整个持币人群的安全。

截止目前，pos币没有被大面积攻击，是因为pos币没有市值特别高的。如果市值达到比特币、以太币水平，估计每天都会有人丢币，最后吓的几乎没有人敢POS挖矿了，那POS也就失去意义了。

8 为什么不收手续费？PPC白皮书包装成什么用手续费通缩对抗POS利息。其实不然，因为如果收手续费，将形成抢手续费大战。逻辑是这样的：

POS之所以叫POS，就在于算力大幅低于POW（大约150万分之一）。所以，用一台个人电脑就可以随意生成pos 区块。由于每个unspent output 每30天才有一次生成block的机会，所以错过pos区块并没有任何损失。所以，如果tx有手续费的话，那么pos挖矿者就会不断重发pos区块，收录更多的tx，以赚取更多的手续费。由于两个pow区块之间最多允许12个pos区块，所以只要准备好12个合格的unspent output，就可以开练了。这个结果可以想象，币网络被自己DDOS攻击了，各种block满天飞。

POW矿工那边就更霸道了：直接收录上一个POW区块之后的所有tx，回滚所有的POS交易，这直接导致POS区块名存实亡，也即POS技术名存实亡。

所以，不得已，只能不收手续费。

但是，不收手续费，却是鸵鸟思维。POW矿工是不持币的，既然收录tx不收手续费，那干嘛费力不讨好地收录tx？干脆发个空block算了。而且POW矿工完全可以忽略pos block，直接基于上一个POW 区块挖矿，那不但tx没人确认，连利息都没的收了。而且，这还不是攻击呢，仅仅是矿工偷懒就会造成如此严重的后果。

很显然，这是一个重大设计缺陷，收和不收手续费都会带来严重的问题。

那这个是POS的天生残疾吗？否，非若是也。有很简单却很有效的解决方案。

9 这是一种具体设计，不需要多讨论。不过要强调的是，POW无上限，说明POW是基础，必不可少的。

10 表面上看是因为POS区块难度系数太小，实际上是因为POS区块根本无足轻重，在涉及币的安全问题—难度系数上，根本没有发言权。

基于以上分析，我们发现，pos并非宣传的那么美妙，实际上只是玩了一个数学游戏，把利息通胀偷换概念为新矿（待会解释），让表观POW新矿占比下降，貌似节能而已。

而真正的POW能耗原理是这样的：

算力代表币的安全性。算力付出电费，要有对应的收入。这个收入就是新矿。同样市值的币，新矿越多，算力就越大，就越安全。

所以，不管POS利息给多高，真正决定安全的还是POW新矿数量。POW新矿少了，就是不安全。因而即便有POS，POW也少不得，那就连噱头都不算了，而是画蛇添足，添乱了。

POS带来的好处是在线节点数的增加，但是也造成了币的不安全，按照损失>收益原则，这个设计是不划算的。

 

那，POS就完全没意义吗？不是的。

以上所有讨论，都基于一个从未被人质疑过的假设：POS=领利息。

有任何理论必然性吗？否。

领利息只是POS的一种实现方式而已，然后经过以上论证我们发现这不是一个好的方式。

那么，更好的方式是？

既然POS的设定目标是节省POW算力，那就直奔目标—省算力呗。

再具体一点，就是用POS签名来替代POW算力。

我们先取一个极端，如果一个block有51%的持币量签名，大家是否可以完全信任这个block？

当然没问题啦！持有51%的币可比持有51%的算力靠谱多了！。

好，那么按照这个比例，51%的币POS=100%POW（注，此处POS只是提供签名，不是收利息喽），挖矿时提供持币签名就对等比例的少付出算力，就是很完美的省算力方案啊。（解释：提供51%的币的签名，就可以拿走一个block的新矿，pos依然有收益，但是不是另外提供的利息，而是从固定数量的POW里面和算力争抢）

如果是这种机制，要对一个币发起攻击，还是要拿出51%的算力，一点钱都不能省。但是持币者却多了个反击工具：集中51%的币，就可以抵挡回去！

是否可能演绎成每个区块都是pow+pos，然后又变成没有意义数字游戏了？不会的。因为pos签名不是白提供的，肯定要拿到回报，这个回报是通过市场机制而非源代码hard-coded死的，即持币者向矿池提供签名，然后矿池把挖矿收益的一部分提供给持币者。这样算力拿到的钱就少了，就节能环保了。对于持币者来说，这部分收益可以理解为利息，也可以不理解为利息，因为这种收益是有成本的，成本是币安全性的下降。由于收益是市场化的，这个收益最终会和成本相挂钩，而且会有市场波动。例如，有大量币被盗时，收益率就极高；而出了一个全新的钱包技术，收益率就大幅下降。

同样两个币，同样的市值、新矿增量，一个纯POW，一个POW+POS（再次强调，此POS非领利息的pos），我们会发现难度系数最终会一样，因为单位算力的回报是一样的。但是实际付出的算力，带POS的币会少一些，少的那部分是POS收益。对应的就是环保节能。

POS会节约多少算力，需要数学上做认真的论证，键人暂时没有做深入的推理。直觉上很难超过50%。但是不管怎样，能省一块煤，天就会更蓝一点。

再回到以太坊的话题，反正要硬分叉，反正Vitalik有绝对影响力，与其增加一个复杂的POS技术，还不如直接减少POW数量来得更直接有效。

 

附：名词翻译

Block：区块

Tx：transaction 交易

POW 工作量证明

POS 持币证明

PPC peercoin，点点币

Unspent output：未花费输出，其实是未花费收入

Blockheader：区块头信息。

Coinbase：POW发放新矿的tx。可以翻译为币库。

Coinage：币龄。

 

Hard-coded：硬编码