PoS （Proof of Stake）本質上是一種持有一定幣量而獲得挖礦資格和收益的共識協議，在最初 Proof of Stake 2013 年被提出來後， Nothing At Stake (無利害關係）的問題和 Long-Range Attack （長程攻擊）問題是經常被談論的 Proof of Stake 共識協議的挑戰。

原文標題：《談 PoS, 怎能不懂 Nothing At Stake ？》
文章來源：公衆號 Cobo 錢包
作者：Cobo 小姐姐

今天我們先來看看 Nothing At Stake problem （無利害關係）。

Nothing At Stake, a situation where someone loses nothing when behaving badly, but stands to gain everything.

Nothing At Stake 問題的本質是「作惡無成本，好處無限多」。具體來講，是當在 PoS 共識系統出現分叉（fork）的情況時 ，出塊節點可以在「不受任何損失」的前提下，同時爲多條鏈出塊，從而有可能獲得「所有收益」。

這就好比有個窗口，排隊既可領錢，當只有一個窗口時，大家會乖乖的排隊，每人都有，其樂融融。

但是當第二個窗口出現時。大家知道，最終這兩個窗口有可能只有一個領到的是「真錢」，另外一個的錢會變成廢紙。但排隊的你不知道哪個窗口會是發「真錢」的窗口。所以你會怎麼做呢？ 你可能會下個跑腿訂單幫你分身同時去另外一個窗口排隊。

但是，在實際 PoS 出塊節點時，此時的分身無成本，只是計算機做一個運算而已。

這會造成什麼亂象呢？

聰明的出塊節點會有動力產生新的分叉，支持或發起不合法交易，其他逐利的出塊節點會同時在多條鏈（窗口）上排隊出塊支持新的分叉。隨着時間的推移，分叉越來越多，非法交易，作惡猖狂。區塊鏈將不再是唯一鏈，所有出塊節點沒有辦法達成共識。

除了 Proof of Stake，你還要知道何謂 Nothing at Stake

另外，無利害關係問題還讓雙花攻擊更容易。不像 PoW 51% 的攻擊那樣，PoS 的攻擊節點只需要多一定的算力 （有時候僅僅 1% ）就有可以進行攻擊。例如一個質押總量佔流通幣量只有 30% 的幣，攻擊成本相比 60% 質押率的網絡更容易攻擊。

有多容易呢？如下圖所示，仍然是 A、B、C 三個出塊節點，假如 A 是攻擊節點，它在產生分叉時創造兩筆交易。一筆將 X 個幣發給自己的一個錢包地址，同時在另外一個分叉上將 X 個幣發到交易所。B、C 出塊節點因 Nothing At Stake 所以同時會在兩條分叉鏈上出塊。當交易被交易所確認後， A 將 X 個幣出售兌換成隱私幣種，移出交易所。之後 A 通過增加質押幣量，或創建多個其他出塊節點的方式提升出塊權重，只在分叉鏈繼續出塊。此時最長鏈很明顯，且逐漸拉開差距，會最終成爲最長鏈，A 成功將 X 個幣雙花。

640 (1).jpeg

爲什麼 Nothing At Stake 問題僅僅是 PoS 的挑戰？ PoW 難道不會有嗎？

PoW 機制天生避免了這個問題。因爲在出塊時，礦工會付出機會成本 — 算力資源。如果分叉出現， 礦工需要慎重的選擇在哪條鏈上出塊，一旦選錯，付出的算力成本則沒有收益。礦工也不會選擇在兩條鏈上均分算力，這樣只會將原鏈的出塊概率縮小一半，可能得不償失。

那麼如何解決 Nothing At Stake 問題 ?

一般的策略都是後置懲罰，既如果被判爲惡意出塊行爲，則會將 stake 的一部分或保證金作爲罰金。然而，所有的懲罰和監管措施都只是事後，而不像 PoW 需算力出塊的隱形約束直接。

我們來看看 Tezos 是怎樣使用懲罰機制來避免 Nothing At Stake 問題的：在 Tezos 鏈上參與挖礦需要保證金，這部分保證金就是用來保證「麪包師」 （baker）的誠實行爲，如果麪包師試圖在兩個分支上廣播區塊，那麼他的保證金將被沒收。如果麪包師成功創建和廣播了合法區塊，他將獲得區塊獎勵和交易手續費。這種機制用金錢獎懲來避免雙挖礦問題，節點的安全由麪包師自行維護。

除了後置懲罰，至今的解決方案，都是要犧牲一定程度的性能、去中心化原則，合約機制的設計也更復雜。

這種複雜性體現在什麼地方呢？

在 PoS 中，節點的角色和職責衆多：除了和 PoW 中類似的出塊節點 (Miner), 還有驗證節點（Validator) 爲區塊背書 ，守護獵人（State Guardian) 抓「壞人」。

守護獵人的 stake 有一定的鎖定期，一般是需要 X 個區塊之後纔可以拿到質押的幣，這樣可以給守護獵人足夠時間來抓住非法節點。

此外，雖然項目方可以通過前置節點篩選選擇信任的節點，但是中心化的問題依然不可避免：

  • 如果網絡發展迅速，利益超過了組織的信譽，那麼，被選出的實名節點不一定仍然可信；
  • 節點是否有足夠的動機或技術能力去保證自身的反攻擊能力，從而保證網絡安全；
  • 節點數量有限，伸縮性不夠，仍然是中心化。