了解股權證明：共識機制的運作方式及其仍具爭議的原因

當區塊鏈網路在沒有傳統中介的情況下運作時，它們需要一個可靠的系統來驗證交易並創建新區塊。這就是共識機制的作用，而其中最受討論的之一是證明持股（proof of stake）。與其前身工作量證明（proof of work）不同，證明持股允許網路參與者——稱為驗證者（validators）——通過展示他們對網路的承諾（以加密貨幣持有量而非計算能力）來確認交易。這個機制已成為許多區塊鏈系統的核心，尤其是在2022年9月以太坊的轉型中，但在業界內仍存在激烈的爭議。

證明持股作為共識協議的運作方式

證明持股的核心原則非常簡單：鎖定加密貨幣的驗證者——他們的「持股」——獲得驗證交易和創建新區塊的權利。選擇過程不是隨機的，而是基於概率：持股越大，被選中添加下一個區塊到鏈上的可能性越高。

當驗證者被選中時，他們必須驗證區塊中的每筆交易，確保其合法性、防止雙重支付，並確認發送者有足夠的餘額。一旦驗證完成，該區塊就會被加入區塊鏈，成功的驗證者會獲得新的加密貨幣作為獎勵。這種獎勵結構創造了誠實行為的經濟激勵：試圖批准欺詐交易的驗證者有可能失去部分或全部的持股加密貨幣。

在證明持股網路中，當大多數驗證者就區塊鏈的狀態達成共識時，即為共識。如果某個驗證者提交的區塊與多數意見相矛盾，該區塊將被拒絕，驗證者也會面臨經濟懲罰。這個機制——常被稱為「斬刑」（slashing）——用來威懾惡意行為，使不誠實的行為在經濟上變得不合理。

證明持股與工作量證明的比較

證明持股與工作量證明之間的關係一直是區塊鏈演進的核心。工作量證明（Bitcoin的共識機制）要求礦工解決複雜的數學難題——這個過程需要大量的計算資源和電力。第一個解出難題的礦工獲得創建區塊的權利並獲得獎勵。

兩者都試圖解決拜占庭將軍問題——在一個分散系統中如何達成共識，即使部分參與者可能不可靠。然而，它們採用的基本方法截然不同。

在工作量證明中，安全性依賴於攻擊網路的計算難度。要成功進行雙重支付，攻擊者需要控制超過51%的整體計算能力——這在經濟上是一個高昂的門檻，因為全球在礦機基礎設施上的投資達數十億美元。

而證明持股則採用不同的安全模型。以太坊的實作在定期的「檢查點區塊」（checkpoint blocks）中進行，最終性（finality）在兩個三分之二的驗證者批准交易狀態時達成。這種方式省去了工作量證明的能源消耗，同時通過經濟懲罰來維持安全。

激勵結構也有明顯差異。工作量證明依賴正向激勵：礦工誠實行為可獲得獎勵，但誤行為只會錯失獲利機會。證明持股則結合正向獎勵與負向懲罰：驗證者正確行為可獲得持股獎勵，誤行為則會失去持股。這種組合使不誠實行為在經濟上更具風險。

財富集中問題

儘管聲稱高效，證明持股引發了對網路去中心化的重大擔憂。根本問題在於：財富越多的人擁有越多的控制權和獎勵。

在證明持股系統中，持有較多加密貨幣的驗證者更頻繁地被選中驗證區塊並獲得獎勵。這形成了一個自我強化的循環：富有的驗證者賺得更多、累積更多加密貨幣，未來被選中的概率也更高。這常被稱為「富者越富」的動態，最初的財富差距會隨時間被鞏固和放大。

區塊鏈分析公司所做的研究證實了這種集中現象。以太坊驗證者分佈中，少數幾個驗證實體控制著不成比例的驗證權力。這種權力集中與最初推動區塊鏈技術的去中心化原則背道而馳。

另一個因素是「預挖礦問題」（pre-mine）。許多證明持股的加密貨幣，包括以太坊，在公開發行前，將大量代幣分配給創始人、早期投資者和開發團隊。這些早期持有人擁有巨大優勢，使得後來的參與者幾乎不可能獲得相等的控制權。雖然工作量證明的區塊鏈也可能進行預挖，但在證明持股系統中，這種集中效應更為明顯，因為缺乏持續的計算障礙，早期的財富直接轉化為持續的控制權。

證明持股機制的主要批評

除了財富集中外，還有其他幾個值得嚴肅考慮的挑戰：

去中心化限制：在工作量證明中，網路安全不僅依賴礦工，也依賴由個人運營的完整節點（full nodes）。這些節點驗證區塊鏈，理論上可以拒絕任何包含無效區塊的鏈。比特幣2017年的區塊大小戰爭就是一個例子：節點運營者發起了「用戶激活軟分叉」（user-activated soft fork），阻止礦工實施某些協議變更。這證明礦工不能單方面控制網路。證明持股系統缺乏這種雙重安全模型，主要依賴驗證者，缺少等同的節點檢查。

51% 攻擊的脆弱性：工作量證明的51%攻擊需要控制全球計算能力的一半，這是一個巨大的經濟挑戰；而證明持股的51%攻擊只需控制51%的持股代幣，對許多網路來說，這個門檻低得多。

「無所謂持股」（Nothing-at-Stake）問題：理論上，證明持股的驗證者在同時押注多個版本的區塊鏈時幾乎沒有損失。如果其中一個版本成為正統鏈，他們會獲得獎勵；如果另一個版本勝出，他們在那條鏈上仍會獲得獎勵。這可能阻礙共識的形成，儘管大多數現代系統都實施了防範措施。

複雜性與工程風險：證明持股存在多種變體——委託式PoS（delegated PoS）、租賃式PoS（leased PoS）、純PoS等——每種都試圖解決不同問題。這種複雜機制的繁多增加了潛在漏洞和安全風險的可能性。系統越複雜，失敗的可能性通常越高。

環境影響的現實：儘管常被描繪為比工作量證明更環保，證明持股系統實際上轉移了能源消耗，而非完全消除。它們將能源集中在資料中心和驗證者運營上，當數千條區塊鏈同時運行，使用低效證明持股系統，其集體環境影響仍然相當顯著——但形式與工作量證明不同。

比特幣的工作量證明依然堅守

在以太坊於2022年9月轉向證明持股後，環境倡導者開始推動類似的變革，甚至針對比特幣。由Ripple Labs等區塊鏈公司資助的綠色和平「Change the Code」運動，明確呼籲比特幣放棄工作量證明，減少所謂的「極端能源消耗」。

然而，比特幣的設計反映了一個有意的選擇：優先考慮安全性和去中心化，而非能源最小化。工作量證明機制並非浪費，而是積極激勵可再生能源基礎設施的開發與部署。比特幣礦工持續尋找更便宜的電力來源，創造對偏遠地區水力發電、燃氣燃燒殘餘氣體、風能/太陽能項目的需求。這種市場機制推動能源效率和可再生能源創新，這是集中式證明持股系統無法模仿的。

此外，比特幣的代碼架構在設計時就具有抗協議變更的特性。要將共識從工作量證明轉變為證明持股，需獲得數千名獨立開發者、礦工和節點運營者的共識——這在實務上幾乎不可能，因為社群對工作量證明的安全模型有著堅定的承諾。

結論：多元區塊鏈生態的共存

證明持股與工作量證明之間的辯論反映了對貨幣系統中哪些特質最為重要的更深層次問題。兩者都解決了分散式共識的核心問題，但追求的價值不同。

證明持股優先考慮效率和交易速度，已在多個主要網路中成功部署。工作量證明則以計算證明來強化安全性，抵抗中心化，即使付出能源代價。

與其說要選出「贏家」，不如說加密貨幣生態系統應該支持兩種系統。比特幣堅持工作量證明，儘管外界施加壓力要求改變，證明兩種共識機制可以共存並各自服務不同的目的。對於重視財富保護、金融包容性和健全貨幣原則的用戶來說，工作量證明提供了證明持股無法完全複製的特性：真正的去中心化（硬體多樣性）、透明的安全性（工作投入）以及對持股系統固有的財富集中問題的抵抗。

隨著區塊鏈技術的成熟，這些競爭方法的相對優劣將持續影響行業的發展與網路的選擇，並在未來多年中塑造整個產業的走向。