科普 | 走进以太坊挖矿与它的共识机制

凡是涉及到币，就一定离不开挖矿。以太坊网络中，想要获得以太坊，也要通过挖矿来实现。那么，说道挖矿，就一定离不开共识机制。

比特币的共识机制是PoW (这是英文Proof of Work的缩写，意思是“工作量证明机制”）。简单来说，就是多劳多得，你付出的计算工作越高，那么你就越有可能第一个找到正确的哈希值，就越有可能得到比特币奖励。但是，比特币的PoW存在着一定的缺陷，就是它处理交易的速度太慢，矿工们需要不断地通过计算来碰撞哈希值，这是劳民伤财且效率低下的。

以太坊为了弥补比特币的不足，提出了新的共识机制，名叫PoS(这是英文的缩写，意思是“权益证明”，也有翻译成“股权证明”的）。PoS简单来讲，其实就跟它的字面意思一样：权益、股权，你持有的币越多相当于你的股权越多，你的权益越高。以太坊的PoS就是说：你持币越多，你持有币的时间越久，你的计算难度就会降低，挖矿会容易一些。

说以太坊的共识机制是PoS，没错，但是，PoS只是以太坊发布之初的一个计划或者说目标，目前以太坊采用的共识机制也是PoW，就是比特币那个PoW。在以太坊最初的设定中，以太坊希望能够通过阶段性的升级，在前期依旧采用PoW来构建一个相对稳定的系统，之后逐渐采用PoW+PoS，最后完全过渡到PoS。

这里涉及到两个信息点，第一个信息点是：以太坊采用的PoW就是比特币那个PoW，但是并不是一模一样的，是有差别的；第二个信息点是：以太坊最初的设定中，希望通过阶段性升级来最终实现由PoW向PoS过渡的。下面的内容，我们来对这两个信息点逐一说明一下。

第一个信息点：以太坊目前采用的共识机制也是PoW，但是和比特币的PoW稍稍不同。那么，和比特币的PoW到底有什么不同呢？

简单来说，就是以太坊挖矿难度可以调节，比特币挖矿难度不能调节。就好比我们高考，因为各个省份的教学情况、生源人数都不一样，所以高考分为全国卷和各省自主命题。以太坊说我赞成这样分地区出题，比特币说：不行，必须全国同一卷，大家难度都一样！

通俗解释，就是，比特币是利用计算机算力做大量的哈希碰撞，列举出各种可能性，来找到一个正确哈希值。而以太坊系统呢，它有一个特殊的公式用来计算之后的每个块的难度。如果某个区块比前一个区块验证的更快，以太坊协议就会增加区块的难度。通过调整区块难度，就可以调整验证区块所需的时间。

以太坊协议规定，难度的动态调整方式是使全网创建新区块的时间间隔为15秒，网络用15秒时间创建区块链，这样一来，因为时间太快，系统的同步性就大大提升，恶意参与者很难在如此短的时间发动51%（也就是半数以上）的算力去修改历史数据。

第二个信息点是：以太坊最初的设定中，希望通过阶段性升级来最终实现由PoW向PoS过渡的。

时间追溯到2014年，在以太坊发布之初，团队宣布将项目的发布分为四个阶段，即Froniter（前沿）、Homestead（家园）、Metropolis（大都会）和Serenity（宁静）。前三个阶段共识机制采用PoW（工作量证明机制），第四个阶段切换到PoS（权益证明机制）。

2015年7月30号，以太坊第一个阶段“前沿”正式发布，这个阶段只适用于开发者使用，开发人员可于在以太坊网络上编写智能合约和去中心化应用程序DAPP，矿工开始进入以太坊网络维护网络安全并挖矿得到以太币。前沿版本类似于测试版，证明以太坊网络到底是不是可靠的。

2016年3月14日，以太坊进入到第二个阶段“家园”，这一阶段，以太坊提供了钱包功能，让普通用户也可以方便体验和使用以太坊。其他方面没有什么明显的技术提升，只是表明以太坊网络已经可以平稳运行。

2017年9月，以太坊已经进行到第三个阶段“大都会”。“大都会”由拜占庭和君士坦丁堡两次升级组成，这个阶段的的目标是希望能够引入 PoW 和 PoS 的混合链模式，为PoW向PoS的顺滑过渡做准备。最近比较热门的“以太坊君士坦丁堡升级”升级的就是这个，在君士坦丁堡升级中呢，以太坊将对底层协议和算法做一些改变，来为实现PoW和PoS奠定良好的基础。

以太坊挖矿会得到对多少奖励呢？赢得区块创建竞争成功的矿工会得到这么几项收入：

1）静态奖励，5个以太坊；

2）区块内所花费的燃料成本，也就是Gas，这部分我们上一期内容讲过;

3）作为区块组成部分，包含“叔区块”的额外奖励，每个叔区块可以得到挖矿报酬的1/32作为奖励，也就是5乘以1/32，等于0.15625 个以太坊。

这里我们简单解释一下“叔区块”，“叔区块”这个概念是以太坊提出来的，为什么要引进叔块的概念？这还要从比特币说起。在比特币协议中，最长的链被认为是绝对的正确。如果一个块不是最长链的一部分，那么它被称为是“孤块”。一个孤立的块是一个块，它也是合法的，但是可能发现的稍晚，或者是网络传输稍慢，而没有能成为最长的链的一部分。在比特币中，孤块没有意义，随后将被抛弃掉，发现这个孤块的矿工也拿不到采矿相关的奖励。

但是，以太坊不认为孤块是没有价值的，以太坊系统也会给与发现孤块的矿工回报。在以太坊中，孤块被称为“叔块”(uncle block)，它们可以为主链的安全作出贡献。 以太坊十几秒的出块间隔太快了，会降低安全性，通过鼓励引用叔块，使引用主链获得更多的安全保证(因为孤块本身也是合法的) ，而且，支付报酬给叔块，还能激发矿工积极挖矿，积极引用叔块，所以，以太坊认为，它是有价值的。 

总结一下，本期我们主要介绍了以太坊的挖矿情况。以太坊宣称采用的共识机制是PoS，也就是权益证明，但是目前并没有实现，以太坊目前还停留在PoW，只是以太坊的PoW和比特币的PoW有一些不同的地方。

（作者：OK情报局，内容来自链得得内容开放平台“得得号”；本文仅代表作者观点，不代表链得得官方立场）