要考慮一個系統的碳足跡，你必須考慮驗證者開支的所有方面。電力並不是系統運行要付出的唯一代價
密碼學貨幣圈子內外，越來越多人寄希望於權益證明（Proof-of-stake，PoS）既能為我們貢獻密碼學貨幣的優點、又能避免工作量證明（Proof-ofwork，PoW）的耗能屬性。這種願望終將落空，因為Paul Sztorc 在2015 年就在“nothing is cheaper than proof of work” 一文中討論過這個問題了（中文譯本）。 PoS 只是混淆了成本，但不可能消除它們。在此，我想講講為什麼PoW 就像民主制：它是最壞的一種辦法，但卻是唯一能用的。
本文不討論密碼學貨幣的安全性是否“值得” 付出那麼大的代價，僅關注PoS 是不是一個有效率的方法。
最好的密碼學貨幣會用最便宜的辦法獲得安全性
要想合理地比較PoW 和PoS 我們需要把成本（碳足跡）和好處（區塊鏈安全性）都考慮進去。所以，我們的問題既可以是“要想獲得給定的安全性，權益證明的環境成本是否更低”，也可以是“給定成本，權益證明能獲得更高的安全性嗎”？這兩個問題在邏輯上是等價的。在本文中，我們會採取第二種問法：
公理#1：對環境最友好的密碼學貨幣，應該是購買安全性時效率最高的那個。
貨幣不是魔法。貨幣要流通就必須有一定的安全性，而獲得安全性的辦法有效率之別；而效率最高的技術，也會有最小的環境碳足跡。這是一個非常有用的思考角度，因為它讓我們聯想到一條深刻的經濟規律：邊際收益等於邊際成本。一條區塊鏈，花費了X 元在安全上，那就意味著礦工會花費總計X 元來競爭這個獎勵。
公理#2：如果一種密碼學貨幣購買了價值X 元的安全性，其驗證者（為獲得獎勵）將總計有價值X 元的花銷。
這是一條牢不可破的關於競爭的經濟規律。任何花費少於其所得的礦工，都會被那些願意花費更多的礦工擊敗；而任何花費多於其所得的礦工，最終都會破產。一條區塊鏈花費X 元在安全上，最終總會導致礦工花費X 元來保衛這條區塊鏈。不同類型的開支的比重可能會變化，但所有開支加起來就會是X 元。這差別就跟一斤棉花和一斤鐵一樣。
電力只是一部分，不是全部
人們說“比特幣浪費能源” 的時候，他們的意思是需要用電來驅動生產比特幣區塊的挖礦設備；諷刺的是，一方面，這部分能源顯然不是比特幣網絡運行所用能源的全部，而只是一部分；另一方面，這部分又是最直接用來保護區塊鏈的部分，因此是最少浪費的。要全面計量比特幣的碳足跡，我們也要考慮硬件成本（製造和報廢的成本）以及正常的商業運營的成本（要裝修一個體面的辦公室，還要飛來飛去參加比特幣大會）。後面這兩類成本更模糊，更難以估計。但要理解整個系統會造成什麼影響，它們也是同樣重要的。
公理#3：要考慮一個系統的碳足跡，你必須考慮驗證者開支的所有方面。
這三類活動，每一種都會有浪費。比特幣網絡無可避免會出現孤塊，那挖出這個孤塊的能量就浪費掉了。有些硬件造是造出來了，但運行效率沒有做到盡善盡美。有些運營開銷是必要的，有些則只是換個地方喝喝茶。一種開支越是與驗證區塊鏈的實際工作緊密關聯，它換得區塊鏈安全性的效率越高。類似於機器在自由度更少的時候效率會更高：多一個部件就會多一些無用功。經濟系統也是同樣的道理—— 結構越多，效率越低。
舉個例子：為了與某個大客戶打好關係而出差，可以抽象成提高整個業務的效率，因此也對購買安全性有幫助—— 但它的作用非常間接，而且其購買安全性的效果可能不如在電力上的同等支出。一種密碼學貨幣越是把安全預算直接花在電力上，其安全性就越高；越是把錢花在商業運營商，其安全性就越低。挖礦企業的CEO 可能對於這家企業自身來說是必要的，但他們對網絡的安全性貢獻不大。
公理#4：一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關，其購買安全性的效率越高。
所以，有時候你看到人們討論ASIC 1 ，認為它們敗壞了一種密碼學貨幣對環境的影響，但實際上剛好相反。挖礦設備的專業化，使得單位硬件能產生更大的算力，也就意味著區塊鏈的安全預算更少花在硬件上，更多花在電力上。這對效率來說是好事—— ASIC 挖礦在根本上比傳統的CPU 挖礦要更清潔，因為ASIC 在把能量轉化為安全性的時候效率更高（也就是更便宜）。
這也是為什麼人們誤解了“空間證明（Proof-of-space）” 類的密碼學貨幣（比如Chia）（它們使用內存而非計算力來驗證區塊鏈）對環境的影響。使用硬盤作為產生安全性的稀缺資源並不能降低成本，而只是讓區塊鏈的安全預算從電力中撥出、花到了硬件上。如果你僅看電力消耗來衡量密碼學貨幣的碳排放，你會覺得好像我們有了巨大的進步—— 但如果你把硬件的支出也考慮進去，你會發現這是效率的大損失。
當前世界上有許多閒置的硬盤，因此Chia 等於是得到了一些補貼。但別指望這會永遠持續下去。等到某種密碼學貨幣成功把計算機內存貨幣化，GPU 上已經發生的事情就會在相關硬件領域重演一遍。更重要的是，最終這個系統會比同等規模但基於PoW 的系統要差，因為安全預算花在了開發硬件上，而這比直接花在電力上的安全預算的效率低。
– “ Tom’s Hardware 已經報導了Chia 價格暴漲和大容量機械硬盤的短缺。但更嚴峻的可能是固態硬盤（的短缺），因為你也需要固態硬盤來製作能夠塞滿大硬盤的Bram Cohen BinggoTM 卡” –
結論#1：對環境最友好的密碼學貨幣，就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。
鎖定資本也是有真實開銷的真實支出
Chia 和其它使用空間證明的區塊鏈，還是比較容易能跟PoW 相比較的，因為你很容易想像舊硬盤塞滿垃圾填埋場的情景，所以你很容易確信，它們“真的” 對環境有影響。但是，損失資本也對環境有著真實的影響。因為這些錢可以花在碳捕捉技術和碳效率研究，以及等等事項上。人們“感覺”它們是免費的（沒有消耗的），只是因為人類不擅長思考時間價值（time-value）。如果資本真是免費的，那礦工不用付出任何代價就能獲得了。
有時候你還會看到人們主張權益證明從個體角度看也會有浪費，但從社會角度看則是一種節約，就像Dan Robinson 說的：
– “假設你的宗教要求你用自己的犧牲來證明你的誠意。你可以把一頭牛丟進火山口，也可以把它贈給陌生人。兩件事情對你來說開銷都是一樣大的（因此都能滿足戒律要求），但第一種的社會成本更高。” –
事實正好相反。鎖定資本對你個人來說不是浪費，因為PoS 的質押算法會給你補償—— 這些資本沒有被丟進火山，它為你賺取收益，以其他ETH 持有者的利益為代價。鎖定資本跟把它送給陌生人完全不同，因為根本就沒有陌生人接手這些資金。驗證者並沒有“把他們的資本平均分發給所有人”，實際上，是每個人都平等地為驗證者的工作付了錢（形式是新挖出的ETH）。而且，感謝公理#2，我們知道驗證者所得的支付恰好等於這些資金的成本。
另一方面，鎖定資本從社會角度看就是一種浪費，因為這些資本不再能用來建造工廠、資助研究和做一切對社會有利的事。想想2008 年的金融危機—— 沒有工廠被毀，也沒有哪棟房子塌了，沒有任何物質資產的損失。後果僅僅是資本損失——但這仍然是非常非常沉重的社會代價。資本是信息累積的特殊形式，凝聚的是關於資源最優配置的信息。損失信息與損失可觸可見的東西並不相同，但同樣是一種損失，甚至還要更糟。
所以，謹記公理#1 和公理#2，PoS 和PoW 的公平比較應該是這樣的：
權益證明沒有（也不可能）消除礦工的開支，只是把PoW 系統支出在電力上的部分轉成了資本開支。鎖定資本的外部性，相比電力消耗的外部性如何，是複雜而微妙的問題—— 但糟糕的是，PoS 系統的支持者往往假裝電力是（系統運行）唯一需要付出的代價：
– 該有意誤導的比較，摘自以太坊基金會博客。 –
令人失望。以太坊基金會很清楚，“平均單筆交易所耗能源” 是一個完全沒有意義的指標，這樣使用這個數據是有意欺瞞。關鍵根本不在於PoS 系統是否使用了更少的能量—— 確實更少，但這不是全部。有意義的討論是：消耗資本更好，還是消耗電力更好？任何支持PoS 而不討論資本成本的理論，都在根本上就錯了。
效率對比：質押vs. 挖礦
在PoW/PoS 的辯論中，PoS 支持者常常能佔一種便宜：還從未有過完全去中心化的權益證明系統。這也意味著，PoS 支持者們可以任意幻想最終的解決方案可以多麼有效率、多麼優雅。已知的挖礦算法都不是完美高效的（例如存在“自私挖礦” 問題），而且，同樣沒有理由相信PoS 系統就能做到無懈可擊—— 但是，在解決方案最終完整成型之前，PoS 支持者都不用考慮驗證者可能用來欺騙這個系統的具體策略。
耍弄系統的機會越多，安全預算與實際驗證的關係就越鬆散。因為“從未有人嘗試過真正的權益證明”，我們首先不知道安全預算能多大程度被轉化為鎖定的資本，更不知道鎖倉資本在生成安全性的時候有多高效。根據定義，PoW 是跟驗證緊密耦合的，但PoS，截至撰文直至，還沒有得到完整的定義。
觀察#1：PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚PoS 能做到什麼程度。
外部性：質押vs. 挖礦
假設我們都同意，從安全性效率的角度看，鎖定資本和挖礦的效率是一樣的，那就只剩下一個問題了，就是“外部性”。這也是我認為理性討論的人仍能對其中的權衡關係有所分歧的地方。
短期來看，PoW 系統要跟其它項目競爭使用能源，但從長期來看，它會激勵便宜能源的開發和生產，而這會逐漸降低電力的成本，給所有人帶來好處（無論是金融用途還是環境保護）。便宜的電力也會催生新技術和更多的生產。
權益證明在短期內要跟其它項目競爭使用資本，但它沒法激勵創造更多資本，所以它會逐漸提高資本的成本。資本成本更高，意味著項目會更少—— 更少工廠，也更少研究。
你更喜歡PoW 的外部性還是PoS 的外部性，可能取決於你認為是通過投資技術發展來解決環境危機、還是靠節約當前的消費來解決更好2。要拯救地球，我們是該製造更便宜的可再生能源呢，還是應該讓所有東西都變得更貴？
觀察#2：工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。
PoS 甚至沒法工作
如我們前面所說，我們還不知道一個充分去中心化的權益證明系統能不能實現。現有的標榜自己為PoS 系統的密碼學貨幣，基本都依賴於某些中心化的協調者或“檢查點（checkpoint）”。自以太坊從2015 年啟動以來，他們就一直在努力轉換成一個完全去中心化的PoS 系統，而到現在，他們只推出了Phase 0，只是支持驗證者質押而已…… 你一旦把錢鎖進去，就去不出來，也花不了。
關於PoS 系統能不能做到足夠安全，有很多爭論（見“長程攻擊”、“nothing-at-stake”、“工作量跨越時間/權益則相反”）。這些都是研究上的開放問題，而不是實現過程中的待辦清單。我們不知道還要多長時間才能找出一個好的方案，甚至有沒有好的方案都存疑。看看這個2017 年的帖子：
PoS 也許“能運行”，只不過運行方式是病態的。 PoW 會偏愛那些能獲得便宜電力的人，並以資本來獎勵他們。雖然並不完全平等，但不會陷入正反饋循環。 PoS 則偏愛那些能以便宜的代價獲得資本的人，並且獎勵資本給他們，這就產生了一個循環。有錢的人會變得更有錢，而且越是有錢，想變得更有錢就越簡單。
如果權益證明“可以啟動”，但最終結果是所有權力都集中到一小部分超級富有的機構手上，而且他們可以永久控制這個系統，那它就不能解決密碼學貨幣想要解決的問題。那我們還不如繼續使用現在這個中央銀行和那些“從坎蒂隆效應中受益的內部人”組成的系統。我們希望密碼學貨幣能打破這個系統，而不是新瓶裝舊酒。
觀察#3：工作量證明已經存在，而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。
結論
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公理#1：對環境最友好的密碼學貨幣，應該是購買安全性時效率最高的那個。
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公理#2：如果一種密碼學貨幣購買了價值X 元的安全性，其驗證者（為獲得獎勵）將總計有價值X 元的花銷。
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公理#3：要考慮一個系統的碳足跡，你必須考慮驗證者開支的所有方面。
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公理#4：一種開支越是與驗證區塊鏈的實際行動相關，其購買安全性的效率越高。
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結論#1：對環境最友好的密碼學貨幣，就是把安全預算花在與驗證工作最緊密的事項上的幣。
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觀察#1：PoW 與安全性緊密耦合。但尚不清楚PoS 能做到什麼程度。
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觀察#2：工作量證明鼓勵未來的投資。而權益證明則遏制探索。
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觀察#3：工作量證明已經存在，而且證明了自身能繼續壯大。但權益證明仍是一個沒有解決的問題。
遺憾的是，經過詳細考察之後，我們知道了PoS 的大部分“優點” 都只是看起來光鮮亮麗，而且還有許多重大的公開挑戰。至少到目前，它還是一個烏托邦式的幻想，而不是一種現實的選擇。而PoW 雖然有缺點，要想組建一個無需信任中心化權威的網絡，卻仍然是已知最好的方案（實際上，也是唯一的方案）。
腳註
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專用型集成電路：定制化的計算機，但只能做有限類型的計算而不能做別的（專為特定算法的挖礦而研發的ASIC 因此挖礦效率非常高）。
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如果我們現實地看待人性，在全球範圍內減少消費的唯一辦法就是提高技術或者降低人口。任何主張直接“減少消費” 的哲學都要么非常幼稚，要么非常可怕。
（完）
（文內有許多超鏈接，可點擊左下”閱讀原文“ 從EthFans 網站上獲取）
原文鏈接:
https://www.somethinginteresting.news/p/proof-of-stake-will-not-save-us
作者:KF
翻譯: 阿劍
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