以太坊的权益证明机制（PoS）

一、权益证明（Proof of Stake）的优势

工作量证明（PoW）被大家诟病的是能耗太大，比特币一笔交易需要1000度电左右，以太坊因出块时间短，一笔交易大概是67度电左右。
工作量证明中矿工通过购买矿机、GPU等来挖矿，从而获得出块奖励，获得的奖励由算力比例来决定，也就是由挖矿成本来决定，相当于出钱越多奖励越多。既然如此，我们可以直接比拼投入的资金，而不需要耗费电力来挖矿，这就是权益证明（PoS）的由来。

权益证明的优势：
工作量证明需要购买设备挖矿，使用足够资金从外部购买挖矿设备，占用51%算力即可发动攻击，维护加密货币的资源不构成闭环。而权益证明采用虚拟挖矿，攻击前必须购买数字货币，反而会造成加密货币的价格上涨，而如果攻击成功，加密货币价格会下跌，攻击者自身的利益反而会受损，所以攻击者的资源是从内部获得的，这就构成了闭环。

二、权益证明机制设计的挑战

工作量证明与权益证明不一定是互斥的，可以采用混合模型，挖矿难度与占有的权益相关，持有的币越多，挖矿难度越低。
Proof of Deposit：
为防止持币多的人挖矿难度永远是最低的，投入一定量的币用于挖矿，完成后将被锁定一定的时间，期间这些币不能再用于挖矿。
nothing at stake：
如果出现分叉，那么这些分叉都有可能成为最长合法链，可以在多个分叉下注，互不影响，没有工作量证明（PoW）中的算力分散问题，没有成为最长合法链中下注的币仍然可以继续使用，没有任何损失。

权益证明设计难度较高，不是很成熟，而工作量证明机制已经过时间检验，所以以太坊一开始并未采用权益证明机制，而是采取逐步切换到权益证明的策略。

三、Casper the Friendly Finality Gadget

以太坊使用的权益证明协议为Casper the Friendly Finality Gadget，Finality反应为一种最终状态，包含在Finality中的交易不会被取消。这与工作量证明机制不同，PoW的交易是有可能被回滚的，因为分叉仍然有可能成为最长合法链。

验证者（Validator）：
成为一个Validator，需要投入一定量的以太币作为保证金，投票决定哪条链是最长合法链，投票权重取决于保证金数目。
两阶段提交（two-phase commit）
第一轮投票成为Prepare Message，第二轮投票成为Commit Message，Casper中规定每一轮投票需要2/3以上的验证者（保证金）才能通过。实际系统中每50个区块为一个epoch，每个epoch只要一轮投票，每轮投票对于上一个epoch是Commit Message，对于下一个epoch是Prepare Message，连续两个epoch得到2/3的投票，才算有效。如下图所示：

验证者机制
验证者履行职责，将获得相应的奖励。如果有不良行为，将会受到相应的处罚，例如该投票不去投票，那么将会销毁验证者的一部分保证金；验证者乱投票，给有冲突的分叉投票，将会销毁全部保证金。保证金的销毁有助于减少以太币的总供应量，其他以太币的价值相对会提升。

验证者在任期内可以投票，任期结束之后是等待期，在这期间，其他节点可以检举揭发验证者的不良行为。等待期结束后，验证者可以取回保证金和相应的奖励。

以太坊将逐步从工作量证明转移到权益证明，挖矿获得奖励越来越少，权益证明得到的奖励越来越多，最后将完全不用挖矿就可以保证以太坊的运行。