碳足迹：工作量证明与权益证明

本文要点：

工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）已成为大多数区块链采用的两种最主要的共识机制工作量证明机制随着比特币，以确保共识并维护其网络状态。 虽然工作量证明先于权益证明，但两种共识算法都需要能量（电力）来执行其基本功能。 然而，它们在多大程度上消耗能源，它们在碳足迹方面对环境有什么影响？

第一个发明的工作量证明机制是 Hashcash——由 Adam Back 在 2002 年提出。PoW 已经从 Hashcash 机制发展成为比特币和其他老一代区块链（如 Litecoin 和 Ethereum）使用的更复杂的机制。

工作量证明机制帮助比特币区块链通过由矿工控制的分布式节点在其网络中达成共识。 通过将网络上的节点分配给矿工（分散在不同地点），比特币区块链防止了中本聪在 2009 年提出的称为拜占庭将军的常见问题，从而实现了去中心化。

什么是拜占庭将军问题？

拜占庭将军问题是比特币等去中心化系统的代名词。 在比特币网络中，有多个用户，包括矿工。 网络上的矿工通常必须就区块链的目标或合适的软件版本达成一致。

当少数人或中央机构控制大部分网络时，就会出现拜占庭将军问题。 出于这个原因，权力下放受到了影响。 比特币区块链使用工作量证明共识来解决这个问题。

工作共识证明如何运作

顾名思义，工作证明或 PoW 要求网络中的参与者执行某些任务以确保其安全。 比特币区块链上有参与网络的矿工。 这些矿工竞相解决密码学难题，其解决方案必须得到所有节点的同意才能达成共识，然后用于验证交易、添加区块和生成新的比特币。 矿工因解决这些难题并成功添加新区块而获得奖励。

在工作量证明区块链上进行挖掘需要大量的计算能力和能量。 挖矿过程是通过称为专用集成电路 (ASIC) 或挖矿机的特殊能源密集型计算机完成的。 随着越来越多的矿工加入网络，其安全性得到提高，使不良行为者无法执行垃圾邮件、51% 甚至拒绝服务 (DoS) 攻击。

面对更多区块链网络的出现，已经从能源密集型 PoW 过渡到更具可扩展性的权益证明共识，后者消耗更少的能源。 目前，还有其他几种共识算法，例如概念证明、委托证明、委托证明等。

股权共识机制

PoS 共识采用不同的挖掘模型。 在这种模式下，矿工被称为质押者或验证者，不需要执行任何加密任务。 权益证明模型用 Staking 代替计算能力，这样用户持有的代币数量决定了他的挖矿能力。 例如，如果用户持有 3% 的代币供应量，他只能开采网络中 3% 的区块。 挖矿是通过在智能合约中抵押代币来完成的，而不是借助 ASIC 机器和大块的计算能力来挖掘块。

由于许多因素，PoS 共识被发明为 PoW 的替代品。 第一批采用权益证明共识的加密货币包括 Nxt (NXT) 和 Peercoin (PPC)，它们结合了 PoW 和 PoS 算法。 PoS 已成为最流行的共识算法，被多个下一代区块链采用，例如 Algorand、Solana、Tezos 以及最近的以太坊 2.0 (ETH 2.0)。

工作证明与。 股权证明

这两种共识算法都各有特点，深受广大用户的喜爱。 然而工作量证明机制随着比特币，区块链用户在一个问题上存在分歧——每个共识算法消耗多少能量及其对环境的影响。

据比特币能源消耗指数估算，一笔比特币交易消耗的能源相当于一个普通美国家庭 57.25 天的能源，即每年约 132.5 兆瓦时。 这与 2015 年的估计形成鲜明对比，该估计表明单次比特币交易可以为美国家庭供电 1.57 天，或每年 119.87 太瓦时。

根据 TQ Tezos 的说法，比特币的能源消耗可以为阿根廷或乌克兰这样的中等国家提供电力。 虽然比特币区块链依赖如此多的能源来产生交易区块和新代币，但这种能源消耗对环境的影响一直是区块链爱好者关注的话题。 结果，工作量证明共识因其过多的碳足迹而受到批评，这被比作驾驶汽油动力汽车一千公里。 此后，有人呼吁转向可再生能源，或者更优选地转向 PoS 算法。

PoS 消耗多少能量？

对于权益证明网络消耗的能源，没有具体的估计。 尽管如此，以太坊基金会研究员 Danny Ryan 表示，权益证明网络的能耗比工作量证明低 99.99%。 Ryan 对以太坊 2.0（以太坊区块链的 PoS 版本）做出了这一估计，该版本计划于 2022 年第二季度发布。

PoS 由于其能源效率而被吹捧为更好的共识算法。 PoS 比 PoW 留下更小的碳足迹，因为它比后者消耗更少的能量。 然而，比特币区块链和其他工作量证明网络的高能耗率被认为是其最大的优势。 这是因为网络越大，其安全性就越强（这是比特币区块链尚未被利用的主要原因）。 此外，随着比特币价格上涨，开采新区块变得越来越困难，需要更多能源。

尽管 PoS 的能源消耗率可以忽略不计，但它并非没有挑战，其中一些挑战包括治理问题以及如果一方持有 51% 的代币供应量，从而使他能够完全控制网络，它就容易受到攻击。 意味着对网络安全的破坏。 有了这样的权力，他就可以阻止其他用户挖区块。 因此，去中心化的本质被打败了。