PoS发展史

编者按：本文来自Wetez（ID：wetez_wallet）btc发展史，作者：Kaba，星球日报授权发布。

PoS 和 Staking 都不是新鲜事物。 PoS的概念早在2011年就被提出，经历了多个阶段，逐渐演变成今天百花齐放、Staking Economy火热的PoS公链。 过去，PoS 项目存在矿工激励不足、技术安全问题、中心化问题等问题。 后来的 PoS 项目基于过去的问题不断发展。 目前成熟的方向有两个，一个是DPoS，一个是PoS+BFT，PoS比PoW带来更好的性能。 同时，为了吸引早期参与者维护网络安全，目前的涨幅普遍在5%到25%之间，远高于过去的1%-2%。 ，这也可能是一些人开始吹捧 Staking 经济的原因。 回顾历史可以让我们看得更远，我们将共同见证PoS的新时代。

1.PoW+PoS

2011 年 7 月 11 日，一个叫 QuantumMechanic 的人在 Bitcointalk 论坛上首次提出 Proof of Stake，当时还没有 PoS 的缩写，它是为 Proof of Work 而提出的。 文章如期提出了很多至今仍在沿用的解决方案，比如以持币代替算力权重、委托权益、奖励分配等，还有一些Delegate、Vote、Voting Power等词。 ，在2018年的今天我们还能看到。

当时，人们对 PoS 的提出非常兴奋，这种兴奋一直持续到今天。 后来很多项目开始研究PoS算法的区块链，甚至很多现有的项目也开始考虑改造PoS。 方是最典型的例子。 从提案到实施大约花了一年的时间。 2012年8月19日，第一个基于PoS共识的区块链项目（Peercoin）诞生，Token代码为PPC。 Peercoin的出现真正代表了PoS从纸面到工程实现的里程碑。

点币是一种类似于比特币的电子货币。 SunnyKing（Dotcoin 的创始人）可能在最初设计的时候并没有想好如何解决 PoS 机制下的问题，也可能是人们脑海中浮现的是 PoW 共识。 思维方式占据主要地位。 Dotcoin的共识其实是基于PoW+PoS的混合共识，而不是纯PoS（Pure PoS）的共识。 混合共识保留了大量的PoW设计，其中使用了PoS算法。 起到的效果其实并没有想象的那么大。 但毕竟是第一个将 PoS 共识工程化到区块链中的项目。 在DotCoin的白皮书中，我们可以看到很多新的概念，比如Coinage、随机数参数（prev_blocks_data）、PoS检查点等等。

混合 PoW+PoS 共识是 PoW 到 PoS 的过渡阶段。 2009年到2014年期间，比特币的PoW依然拥有很高的权威。 大多数人对 PoW 的印象除了资源浪费和效率略低外，没有致命的问题，而很多基于比特币的二代 PoW，比如莱特币，仅仅因为减少了出块时间而备受推崇。 可以说，Peercoin 的设计仍然站在比特币 PoW 的肩膀上，继承了很多好的策略，比如激励、分叉保护、共识执行、分配策略等等。 但由于PoS共识的实践过程太短btc发展史，PoS在Peercoin的实现中多为探索成分，因此这种混合共识实际上是一种过渡方式。

2. 纯 PoS

PoS 在不断发展。 随着 Dotcoin 的诞生，纯 PoS 共识成为研究的重点。 在Dotcoin发布大约一年后，2013年9月28日，一个账户名为BCNext的人在Bitcointalk上宣布Nxt项目众筹开始（当时叫Fundraise，还不叫ICO ).

Nxt 是一个 100% PoS 项目，同时不存在 PoW 共识。 Nxt的亮点在于它不像其他山寨币（altcoins）那样简单的复制比特币代码，然后改变哈希机制，缩短区块之间的时间，或者改变启动难度，而是基于自己新写的算法. 区块链。 强调100% PoS挖矿，无预挖。 PoS 中需要的股权（Stake）也完全由捐赠决定，而 PoW 的分配直接由捐赠来分配。

众筹历时21天，73位用户参与，共捐赠21个BTC，共同瓜分10亿Nxt。 2013年11月24日，Nxt发布主网，标志着第一个100%基于PoS的共识创建世界区块在Nxt上诞生。

Nxt的发展并不顺利，Nxt的论坛历史停留在2014年5月12日。Nxt的衰落是因为开发过于集中，代码质量和速度已经跟不上，只有3位开发者达不到预期在众多投资人看来，虽然主网功能的开发时序已经被社区投票通过，但Nxt的发展速度依然缓慢，成为了众多投资人的诟病。 在2014年6月5日市值达到8000万美元的峰值后，就留下了很多羽毛。 但不管怎么说，和当初众筹的21个BTC相比，简直就是天上地下。 和同期的项目相比，可以说真的是老迎新了。 看看同时期的dotcoin和blackcoin，都不太好。

Blackcoin于2014年2月24日首次公布其计划，声称其基于纯PoS，但实际上是PoW+PoS的混合共识。 那为什么在纯PoS这里提到混合共识，因为运行在黑币上的PoW只持续到10000个区块的高度。 按照每分钟一个区块计算，挖矿时间约为一周（6.9天），之后整个区块的验证将不再接受PoW挖矿，而是形成PoS挖矿。 从这个角度，再加上时间顺序，我把黑币归于纯PoS阵营。

PoW 挖矿总量最大为 10,000,000，进入 PoS 后，年通胀率为 1%（和 Nxt 一样，没有上限）。 Pure PoS出块间隔更短，造币方式更合理，吸引了众多尝鲜者前来挖矿，甚至不少专业矿池也开始在论坛上作为Validator收币。 当时，PoS这种新型共识确实引起了很多人的关注。 不需要电脑，不需要GPU，只要持币就能获得奖励。

但HeiCoin的好景不长。 2014年4月14日，不到2个月，市值近2000万美元。 之后一路下跌。 几经周折，还是没能逃出厄运的谷底。 而因为市值下滑，1%的额外发行奖励对于PoS Staking人来说似乎是九牛一毛。

虽然，2016年，一批新的开发者重启了HeiCoin的开发，并斥巨资邀请正规军、企业、全面宣传，但HeiCoin及其PoS并没有回到主流世界的视野。 来。 还记得黑币的经典slogan，像教科书一样存在：第一个基于纯PoS币，公平起步，无预挖，无ICO，以社区为中心，回归，比以往更好，比以往更强大。

第一个公平发行的纯股权证明硬币。 没有预挖。 没有ICO。 以社区为中心。

再次回来，比以往任何时候都更好，比以前更强大。

2014年7月18日，一种类似于黑币共识的币种，叫做影子币（Shadowcoin），是一种基于聊天匿名的应用币，也是基于PoW+PoS混合共识。 PoW只挖了31,000个区块，然后进入PoS，但是和Blackcoin不同的是，Shadowcoin看不到激励，它提高了年通胀率，让Blackcoin的每年1%变成了每年2%。 但进入2015年之后，应用币的价值远未见分晓，而随着熊市的到来，影子币也将很快从人们的视野中消失。

我总结了POS的整个历史，发现很多基于PoS的项目基本上都是在2012~2014年出现的。 探索付出了代价，但总的来说，在那段时间里，每个人在纸面上看起来都不错。 2015-2016年，币圈进入大熊市，很多项目和开发者进入冬眠阶段，很少有项目出现募捐、IPO或ICO，PoS研究也曾一度在市场上消失。

排除大行情周期的原因，我们把PoS机制币失败的原因归结于那个时期。 Bitcoin、Nxt、Blackcoin、Shadowcoin 都是 PoS 的早期探索项目，在技术上没有充分考虑（在第九章我们会介绍 PoS 的技术缺陷），另外，PoS 中 Staking 的激励机制是太小无法支持验证者的成本，去中心化运行模式在 PoS 上的应用不如在 PoW 上完美。

每年1%~2%的涨幅无法让矿工维持，尤其是在熊市阶段。 这种初创的PoS增发模式对于很多人来说还是够新鲜的。 从最初可能爆发的币价来看，增发的初期收益只是一个很重要的激励，但当投资者面对币价时。 预期收益过后，低激励就成了鸡肋。 矿工看不到收益，因此无法参与网络验证，这样网络要么被阻塞，要么慢慢死去，潜在的攻击成本会越来越低。

此外，大多数项目的开始都是由几个开发人员甚至一个开发人员发起的项目。 Bitcointalk 发起话题，大致描述了要做什么，100% PoS，1% 奖励……然后就没有了，最初推出后，开发者像中本聪一样被隐藏起来。 这样的结果并没有像比特币那样带来繁荣，而是死亡。

至此，这是 PoS 发展的第二阶段。

3.委托权益证明（DPoS）

Delegated PoS，又称Delegate Proof of Stake，DPoS，其原型诞生于2013年12月8日。Daniel Larimer首先在bitsharetalk中谈到使用投票来选择区块生产者，而不是PoS中可能出现的随机数。 操纵的问题是这样描述的：

我最近有一个想法行之有效，但我不完全确定它是否会奏效。 为什么不允许代币持有者为签名区块选择验证者？ 持有者使用CDD coin-day-destroyed为签名者投票，签名者签名时会消耗投票者的币龄。 在 100 个区块中，不允许任何人签署超过 1 个区块。 这个想法可能有潜在的问题，但我会把它添加到我的想法库中。

我最近想出了另一个可以工作的系统，尽管我并没有完全接受它。

如果股东选出会签署区块的人怎么办？ 你用 CDD 投票给签名者。 当他们签名时，他们会花掉从投票给他们的人那里积累的 CDD。 不允许任何人在 100 个区块中签名超过 1 个。

这个计划有很多潜在的问题，但我想我会把它添加到想法库中。

这是 Delegate PoS 的雏形。 该系统已成功应用于比特股。 BitShares 社区对 DPoS 的口号是：DPoS 不仅解决了 PoW 中资源浪费的问题，也解决了 Bitshares 的问题。 还有Future Coin的PoS问题。 在当时，DPoS 确实是一种解决方案。 虽然比特股的发展并不顺利，Dan 最终被踢出比特股社区，但不可否认的是，委托质押的 DPoS 共识将为 PoS 未来的进一步发展奠定基础。

BitShares 的 DPoS 建立在石墨烯平台上。 这套石墨烯技术后来发展成为DPoS的专用底层。 基于石墨烯的区块链项目可以直接使用DPoS共识机制，无需重复开发。 苦恼、Steemit、EOS、Lisk等都是建立在石墨烯平台上的DPoS公链。 到2018年到现在，我们仍然可以看到在Bitshares DEX中，很多网关资产都是基于石墨烯的DPoS，基于PoS共识的项目数量已经达到了一个数量级。

确实，DPoS 有很多优点。 DPoS解决了权益使用不及时的问题。 专业的人做专业的事是一个基本原则。 可以理解为国家治理中的代议制，或者人大代表制度。 乡镇居民通过选举选出乡镇长，然后选举出市长、县长、省长等。这个制度最大的好处就是解决了验证者过多导致效率低下的问题。 当然，这个制度也有明显的缺点，就是对中心化的诟病。

BitShares 初始节点验证者数量在 100 人左右，之后逐渐减少到 30 多个（因为不盈利），EOS 节点验证者数量固定为 21 人。 在高度推崇去中心化理念的区块链世界里，倾向于中心化的项目很容易受到诟病，很多开发者不会认同这种委托权益的做法。 另一个起源于 2014 年的项目 Tezos 更好地结合了去中心化和委托权利。

Tezos的PoS，开发团队更喜欢称它为LPoS（Liquid Proof of Stake），但称它为DPoS也不为过，因为委托质押是Tezos的PoS中极为重要的一环。 为了保证系统安全，PoS希望增加系统代币的Staking数量，这样攻击者发起51%攻击的成本就会变得非常高。

Tezos解决了初始激励不足、用户Staking意愿不强的问题，每年奖励Staking用户5.5%。 同时，用户可以将自己的权利委托给验证者（在 Tezos 中称为面包师）。 让验证者帮助委托人行使他们的权利。 验证者可以向用户收取少量的手续费作为服务费，这样验证者节点除了获得自身质押的奖励外，还可以获得接受委托的奖励。 这种激励是未来币和黑币的1%~2%。 , 高得多。

此外，特所思的委托在很多方面都与EOS不同。 原则上每个委托人都可以选择任意一个候选人进行投票，但是Tezos和EOS的投票激励不同，导致结果不同。 On Tezos, the delegator can select any validator, vote and obtain benefits, while the validators selected by EOS delegates only have the result of being elected or not, and there is no incentive.

Elected candidates on EOS have the responsibility and obligation to represent the will of the voters. 当大多数节点候选人都是诚实的时候，委托人就不能很好地判断差异，所以投票的动机就变得不同了。 一般来说，两种DPoS都是根据持币的权重比例来分配一定的权益。 权益是否委托取决于持币者的初始动机，这就是DPoS的本质。

Tezos 于 2018 年 6 月 30 日启动主网，目前主网节点超过 400 个，验证节点超过 100 个。 EOS于2018年6月15日启动主网，主节点21个，候选节点100个。

4.拜占庭+权益证明

拜占庭容错（简称 BFT）与 PoS 的结合最早由 Tendermint 团队 Jae Kwon 于 2014 年提出。 Tendermint 的前身是基于 1988 年麻省理工学院开发的经过验证的 BFT 算法，Tendermint 进行了优化和改进。 但是自从Tendermint出来后，一直没有运行到项目中。 Jae Kwon 后来创建了 Cosmos 项目，可以说是第一个基于 Tendermin 的项目。

从主网上线时间看，BFT+PoS或BFT+PoS类项目的应用最早是在2018年开始的。先是EOS上线了BFT+DPoS，然后Tezos的BFT+PoS类算法在EOS后一个月上线也在线。 第一个基于Tendermint的项目Cosmos将于2019年Q1上线主网。另外，我现在知道的是以太坊和Algorand会采用BFT+PoS共识算法，具体上线时间未知。 虽然Tendermint先出，Cosmos一马当先，但不得不说，后来者基本参考了Tendermint的设计，所以Tendermint在BFT在项目中的应用还是起到了很好的作用。 2018年到2019年，BFT将大量上线项目，百花齐放，成为共识。

BFT容错可以为分布式网络带来相当大的抗风险能力，也可以带来更快的区块确认速度，解决区块链分叉问题，为交易带来一定的最终确定性，间接提升性能。 如果说纯PoS与纯PoW相比只是解决了能耗问题，那么与纯PoS相比，BFT+PoS不仅解决了能耗问题，还解决了PoW交易确认、交易分叉、性能较低等问题。 ，它带来的飞跃也不容忽视，尤其是在安全方面，我们再看看Tendermint：

Tendermint 一个非常重要的部分是它的共识引擎部分（Tendermint Core）。 该共识引擎结合了 BFT 和 PoS 共识。 代币持有者有机会通过抵押来验证区块。 签名完成后，新区块的验证通过 3 轮提交，2 轮 2/3 投票过程达成最终共识。 由于区块广播后开始投票，当其完成验证时，新区块获得即时终结性（Instant Finality），不同于比特币交易需要6次区块确认，Tendermint大大缩短了验证时间，从而交易能及时生效，提前避免交易回滚、双花等问题。

除了交易确认外，拜占庭容错最多可以容忍系统中小于1/3的验证权重停机时间，可以保证系统的运行。 可以简单理解为，只要系统中的大部分人都是诚实的，无论其他验证人做什么，系统仍然可以运行，不会出现停机或宕机的情况。

第一个基于 Tendermint Core 引擎的项目叫做 Cosmos。 Cosmos是一个旨在提供跨链功能的公链项目。 Cosmos hub是这个项目最重要的部分，也是跨链的总协调者。 如果跨链生态繁荣，多个链接都连接到Cosmos中心，那么这个中心的安全性就可见一斑了。 说到Cosmos，就不得不提另一个跨链项目Polkadot。 Polkadot 也是一个基于 BFT 的 PoS 项目。 它由以太坊黄皮书作者Gavin Wood领衔，聚集了众多技术人才。 球队阵容可谓强大。 不过在笔者撰写系列文章时，波卡的GRANDPA共识还在完善中，具体分析还需等到波卡即将上线。

目前，已经运行的Tezos状态良好。 只有一次，Slash 的判断出了问题，导致全网暂停出块（Halt）。 部分原因与共识机制有关，但通过手动注入 Nonce 解决了问题。 此外，Tezos 已经运行了半年。 除了被低手续费的垃圾交易攻击外，共识部分没有大的问题。

2014年BFT开始引入区块链分布式网络，随后PoS开始流行。 BFT+PoS 的混合共识受到了很多项目的重视，不仅是因为 BFT 算法的安全性已经研究了近 30 年 时间，而且因为这种算法提高了系统的抗风险能力和性能，我预测这一共识将在未来很长一段时间内流行。

5. PoS 的新时代

PoS 研究仍在不断推进，安全、性能、去中心化一直是 PoS 的追求。 一些2018年之后上线的新项目，我看都或多或少有前人的影子，基于此，要么优化性能，要么优化安全，要么最终优化铁三角是不可能的。 Algorand和Thunderalla是2018年进入我视野的新项目，我觉得这两个项目在一定程度上可以代表新的PoS时代。 如果把 PoS 的发展分成 4 年一个周期，正好这两个项目在 2022 年左右开始初具规模。

Algorand 和 Thunderalla 都站在巨人的肩膀上。 Algorand 由图灵奖得主、麻省理工学院教授 Sivio Micali 领导，专注于新的 PoS+BFT 共识算法（简称 BA，拜占庭协议），旨在让验证者的选举更具随机性和不可预测性，从而更好地保证系统安全是研究方向； Thunderella 由两位康奈尔大学计算机教授 Rafael Pass 和 Elaine Shi 发起，旨在解决 PoS 中的性能扩展问题。 目前理论性能可达1000~2000Tps。

相信2019年将是PoS的丰收年，2014-2018年所做的很多研究都将在2019年上线验证，预示着PoS2.0时代的开启。 我觉得我很幸运能够经历PoS的两个时代（2011~2014，2015~2019）从PoW+PoW，到纯PoS，再到DPoS，最后到BFT+PoS的新混合共识。 我相信这远不是结束，而是新时代的开始。