为什么以太坊切换到 Casper？

在 6 月 3 日举行的 2018 以太坊技术与应用大会上，Buterin 发表了题为“Casper 和分片技术的最新进展”的主题演讲，并再次详细介绍了以太坊的分片技术。

那么，V神最近常说的分片技术和Casper究竟是什么？为什么以太坊必须从 PoW 转换为 PoS？

一种与以太坊性能扩展需求相矛盾的 POW 机制

众所周知，以太坊定位于底层智能合约开发平台，其去中心化公链特性可以为智能合约和去中心化应用（Dapps）的运行提供可信的执行环境。为了保证网络的去中心化，以太坊也选择了类似于比特币的工作量证明POW机制；但与比特币不同的是，除了在以太坊节点上运行像比特币这样的钱包账本外，同时还需要运行一个叫做以太坊虚拟机的东西；不仅每个节点上的账本都是一样的，每个节点的虚拟机上运行的程序也是一样的，这也是为什么以太坊被称为全球计算机的由来。但是当所有节点只能同时做一件事时，这意味着整个网络可以处理的任务量非常有限，这取决于网络中单个节点可以处理的任务上限。去年以太坊微信状态项目的ICO、以太猫游戏等导致的以太坊拥堵问题，一次次把这个问题摆在我们面前。

分片被 Vitalik 和大多数以太坊开发者认为是解决以太坊性能的主要方案以太坊是怎么挖出来的，但分片技术恰恰与当前的 POW 机制相矛盾，或者在 POW 中添加分片难以实现。分片是一个源自数据系统的术语，它是指将大型数据库水平划分为更小、更快且更易于管理的部分。这些小数据是大数据库的碎片；而在简单的说，以太坊网络被分成几个可以处理交易的更小的组件网络。不同的验证节点会执行不同的任务，因为它们不在同一个分片中。因此，如果整个网络有 100 个分片，那么整体处理性能将是原来的 100 倍。假设网络在工作量证明机制下被划分为 100 个分片，那么较小的分片很容易被恶意矿工控制，因为攻击者只需要 1% 的算力就可以完全控制一个分片；所以要在以太坊中实现分片，需要改变以太坊的POW共识机制。

以太坊如何实现 POS

虽然以太坊最终将转向 POS，但在此之前，开发人员需要解决权益证明机制中最大的缺陷之一。pos机制下以太坊是怎么挖出来的，恶意节点验证者可以将自己的币质押在分叉链上进行硬分叉，不会造成任何损失（而在pow机制下，矿工分叉需要消耗计算资源）；这个所谓的“no-stake”问题是以太坊要解决的问题，他们需要一个既能实现POS又能减少“no-stake”问题的解决方案。因此，以太坊开发者提出了他们不同于其他 POS 的 Casper 协议。在该协议下，系统可以快速惩罚节点的恶意行为。

Casper 的工作原理：

通过这些苛刻的激励机制，包括惩罚离线验证者等，整个网络可以安全运行，为分片的实施提供了必要的条件。想一想，假设你是一个节点验证者，并且将你的 ETH 作为存款存入网络，那么以最大化网络利益的方式行事也符合你自己的利益；当你知道作恶要花你的押金时，你还会这样做吗？

Pow VS Pos，谁更去中心化

从这张图可以看出，目前以太坊的大部分算力基本都集中在少数几个大型矿池手中，大型矿工比其他矿工挖块获得奖励的几率更大；矿工可以获得更多的钱，然后他们可以购买更好的设备，使用更先进的矿场资源。

我们在经济学中有一个规模经济的概念，就是说大企业可以通过增加产量来降低其单一产品的边际成本；而大型矿工可以通过大型矿场分摊固定成本，作为更大的主业实体，具有更强的议价能力。这意味着投资 1 万元的大矿工比投资 1 万元的小矿工可以获得更多的算力和挖更多的币，尽管他们投资的金额相同。

但是，在 POS 权益证明机制中，每个人投资一笔存款所需的资金是相同的，规模经济在这里不会起到很大的作用，这比我们所知道的更容易增加贫困过去 贫富差距的论点似乎提供了相反的证据。因此，为了防止算力中心化带来的不良挖矿工作的潜在风险，这也是以太坊走向 POS 的重要原因。

此外，POW机制的高能耗

如图所示，如果将当前比特币和以太坊挖矿的年用电量加入全国年度用电量排行榜，比特币和以太坊用电量之和可以排在第34位，超过巴基斯坦第一。年用电量，且增长速度快；目前比特币的用电量占全球用电量的0.31%，以太坊为0.09%。

而如果对比比特币、以太坊和VISA的功耗，结果如下；

还有一组更有趣的数据。如果比特币的能源消耗平均分配在每笔交易上，那么一笔比特币交易消耗的电量可以满足32个美国家庭一天的用电需求，而以太坊的用电量一次交易消耗的电量可以供应电力2.24 户一天的消费。

比特币和以太坊的挖矿机制虽然保证了世界上最大的两条区块链能够稳定运行这么多年，但自然是非常有价值的；但我们还是需要考虑，如此高昂的挖矿成本，是否有更好的办法避免；而以太坊的 Casper 可能会成为替代能源密集型挖矿的解决方案。

以太坊到POS的流程

近日，以太坊社区正式发布了Casper的第一个版本Casper FFG；一旦Casper FFG实施，以太坊将首先进入POW+POS混合挖矿阶段；在这个阶段，大部分区块仍然是通过 POW 产生的，1% 的区块会开始交给 POS 节点；这允许整个网络以更温和的方式过渡到 POS；而完全切换到POS可能会导致以太坊的发展路线图的第四阶段是“Serenity”。

虽然这一天可能还很长，但在这个过程中，以太坊矿工可能需要提前支持和参与其他一些GPU挖矿币；如果你长期看好以太坊的未来，你应该在这个阶段挖掘和囤积更多的ETH，这样在以太坊完全切换到POS后，你作为一个POS节点可以继续获得更多的ETH奖励。