在區塊鏈的運行過程中，共識機制是維護網絡安全和一致性的關鍵，而 PoS 共識機制則透過質押代幣來選擇驗證者。本文將深入介紹 PoS 共識機制的運作原理，揭示這種機制如何在不依賴高能耗的計算過程下，確保交易的安全性和區塊鏈的穩定運行。
PoS 是什麼？
Proof of Stake（ PoS，權益證明）是一種用於區塊鏈的共識機制，透過質押加密貨幣來選擇驗證者，這些驗證者負責確認交易並創建新的區塊。
專業金融網 Nerdwallet 指出， PoS 與傳統的 Proof of Work（PoW，工作量證明）相比，不需要耗費大量的能源來進行複雜的數學運算，而是依據用戶持有的代幣數量進行投票，這使得它更加環保且節能。
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PoS 共識機制是如何運作的？
在 PoS 系統中，參與者可以將其持有的加密貨幣鎖定於網路中，這個過程稱為「質押」。
質押者會成為候選的區塊驗證者，當他們被選中時，將負責處理新的交易並驗證其合法性，這也讓他們有機會獲得網路的獎勵。這樣的機制不僅降低了參與的技術門檻，也減少了對高耗能硬體的依賴，因此比 PoW 系統更具可持續性。
圖源：《加密城市》製圖 PoS 共識機制運作示意圖
瑞士世界經濟論壇的報導指出，PoS 並非完全沒有風險或缺點。因為 PoS 的驗證者選擇，是基於持有的代幣數量多寡，這可能導致更大規模的代幣持有者擁有過多的影響力；其次，質押過程中若發生技術錯誤或網路攻擊，質押者可能會遭受損失，從而增加參與風險
總的來說，PoS 提供了一個低能源消耗、參與門檻較低的區塊鏈解決方案，但同時也面臨著集中化和安全風險等挑戰。
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PoS vs. PoW 差異在哪
PoW 依靠礦工通過解決複雜數學問題來驗證交易和生成新區塊，這過程需要大量計算能力，並導致高能源消耗，特別是在像比特幣這樣的大型網路中。
圖源：《加密城市》製圖 PoS vs. PoW 差異
相對於 PoW，PoS 節點是根據質押的加密貨幣數量來選擇驗證者，驗證者質押代幣以參與驗證並獲得獎勵，這種方式大幅降低了能源需求。例如以太坊過渡至 PoS 後，能源消耗減少了 99.95%。
《加密城市》對 PoW 和 PoS 共識機制的特性進行了更為詳細的比較，整理成以下表格：
特性
Proof of Work ( PoW )
Proof of Stake ( PoS )
驗證機制通過礦工解決複雜的數學問題來驗證交易通過質押代幣的驗證者隨機選擇來確認交易能源消耗高，因為需要大量的計算能力和電力低，大幅減少計算能力的需求獎勵機制礦工通過挖礦競賽贏得區塊獎勵驗證者通過質押代幣並確認區塊獲取交易手續費去中心化有集中化風險，大型礦池可控制大量算力理論上更加去中心化，但持幣量大的用戶有更高影響力安全性需要控制超過 50% 的算力才能發動 51% 攻擊經濟激勵，攻擊者可能失去質押代幣，降低攻擊動機進入門檻需要強大的計算能力和硬體設備質押代幣即可成為驗證者，門檻相對較低
圖源：《加密城市》製圖 PoS 和 PoW 共識機制的特性比較
值得注意的是在安全性方面的不同，PoW 的安全依賴於算力，防止攻擊者控制超過 50% 的算力發動攻擊；而 PoS 通過質押代幣來確保經濟激勵和懲罰機制，攻擊者若惡意操作將失去其質押的代幣。
雖然 PoS 理論上能促進去中心化，但大規模持幣者仍可能掌控較大權力，但如何避免權力過度集中仍是其挑戰。
PoS 如何減少 51% 攻擊
在 PoW 系統中，攻擊者如果能夠控制超過 50% 的算力，就能夠發動所謂的「51% 攻擊」，操縱區塊鏈記錄並雙重花費加密貨幣。
但在 PoS 中，這種攻擊的代價非常高。NerdWallet 說明，PoS 機制的攻擊者需要持有大量的代幣來控制大部分的質押代幣；而一旦攻擊失敗，他們將面臨質押代幣的喪失，也就是說 Po 通過經濟結構設計來大幅提升攻擊的成本。
此外，以太坊等基於 PoS 的區塊鏈還計劃引入分片技術 (Sharding)，用來提高網路的可擴展性和安全性。分片技術會將區塊鏈網絡分割成若干較小的部分（稱為「分片」），每個分片都有自己的驗證者。這種做法即使攻擊者想要控制整個網路，他們也需要同時攻擊多個分片，這大幅提高了攻擊的難度和成本
有哪些主要加密貨幣，是使用 PoS 區塊鏈機制？
目前有多種主要區塊鏈採用 Proof of Stake ( PoS ) 共識機制，這些加密貨幣選擇 PoS 是因為它相對於 Proof of Work ( PoW ) 更加節能且具有去中心化的潛力。
以下是一些主要採用 PoS 的加密貨幣：
以太坊（Ethereum, $ETH）
以太坊是最知名的採用 PoS 的加密貨幣之一。自 2022 年的 「合併（The Merge）」 升級後，以太坊正式從 PoW 過渡到了 PoS，顯著降低了其能源消耗。
卡爾達諾（Cardano, $ADA）
Cardano 是一個以科研和學術研究為基礎的區塊鏈平台，從一開始就採用 PoS 機制，其設計重視可擴展性、安全性和能源效率。
波卡（Polkadot, $DOT）
Polkadot 是一個跨鏈協議，旨在連接不同的區塊鏈，並實現資料和資源的跨鏈轉移。它使用 PoS 機制來驗證交易並確保網路安全。
Tezos（$XTZ）
利用 PoS 機制來促進網路治理和共識決策，允許代幣持有者參與驗證並獲得獎勵。
Algorand（$ALGO）
Algorand 是一個專注於速度和去中心化的區塊鏈，採用純 PoS 機制，確保網路的去中心化並使得驗證者能夠迅速處理交易。
PoS 共識機制有缺點嗎？3 個不能忽視 PoS 的潛在風險
儘管 PoS 共識在能效和去中心化等方面具有許多優勢，但它也有一些潛在的缺點和挑戰。《加密城市》整理出 PoS 機制的 3 個主要缺點：
權力集中風險
51% 攻擊的經濟風險
長期代幣鎖定
PoS 系統中的驗證者是根據他們持有的代幣數量來確定的，持有更多代幣的用戶有更高的機會成為驗證者並獲取更多的區塊獎勵。這可能導致富者愈富的情況，即持有大量代幣的參與者獲得更多收益，進一步鞏固他們的影響力，從而削弱網路的去中心化。
瑞士世界經濟論壇同時指出，儘管 PoS 被視為促進更廣泛參與的機制；但在現實中會因為質押的經濟要求，許多普通用戶難以獨立成為驗證者，這導致了專業機構或大型質押池的興起。
另一方面，雖然 PoS 通過質押代幣的經濟懲罰機制，能有效減少了 51% 攻擊的可能性。然而，若攻擊者擁有足夠的資本控制超過 50% 的質押代幣，他們仍然可以對網路進行操控，雖然這類攻擊的成本極高，但在代幣分布不均的情況下仍然是可能的。
最後，PoS 系統中的代幣在質押期間會被鎖定，無法自由轉移或使用。如果網路出現重大變動或價格波動，驗證者可能無法及時出售或轉移其資產，這增加了參與者的風險，進而影響投資者的靈活性。
