一秒了解以太坊为什么要转Casper？

在6月3日举办的2018以太坊技术与应用大会上，V神在题为《Casper与分片技术最新进展》的主题演讲中，对以太坊的分片技术进行了详细介绍。 那么，Vitalik最近一直在谈论的分片技术和Casper到底是什么？ 为什么以太坊必须从 PoW 转换为 PoS？

POW机制与以太坊的性能扩展需求相矛盾

众所周知，以太坊定位为智能合约底层开发平台，其去中心化的公链特性可以为智能合约和去中心化应用程序（Dapp）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，除了像比特币一样在以太坊节点上运行钱包账本外，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完全一样，而且每个节点虚拟机上运行的程序也是一样的，这就是为什么以太坊被称为全球计算机的由来。

但是当所有节点同时只能做一件事时，这就意味着整个网络能够处理的任务量是非常有限的，这是受到网络中单个节点能够处理的任务上限的限制。 去年以太坊微信状态项目的ICO、以太坊猫游戏等导致以太坊一次又一次的拥堵问题将这个问题摆在了我们的面前。

分片技术（Sharding）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，但分片技术恰恰与当前的 POW 机制相矛盾，或者说在 POW 中加入分片很难实现。 碎片化是一个源自数据系统的术语。 它指的是将大型数据库水平划分为更小、更快且更易于管理的部分。 这些小块数据是大型数据库的一部分； 而在以太坊上简单来说，就是将以太坊网络划分成几个更小的组件网络，可以处理交易。 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。 因此以太坊停止挖矿后币如何产生，如果整个网络有 100 个分片，那么整体的处理性能将是原来的 100 倍。 假设在工作量证明机制下，网络被分成100个分片，那么较小的分片很容易有被恶意矿工控制的危险，因为攻击者只需要1%的算力就可以完全控制一个碎片； 所以要在以太坊实现分片，需要改变以太坊的POW共识机制。

以太坊如何实现POS

尽管以太坊最终会转向 POS，但开发人员需要在这样做之前解决权益证明机制中的最大缺陷之一。 在pos机制下，恶意节点验证者可以将自己的币押在分叉链上以太坊停止挖矿后币如何产生，无损失地推动硬分叉（而在pow机制下，矿工分叉需要消耗计算资源）； 所谓的“nothing at stake”问题是以太坊要解决的问题，他们需要一个能够实现POS同时减少“nothing at stake”问题的解决方案。 因此，以太坊开发者提出了他们的Casper协议，区别于其他POS。 在该协议下，系统可以快速惩罚恶意行为的节点。

Casper 的工作原理：

通过这些严苛的激励机制，包括惩罚离线验证者等，让整个网络能够安全运行，为分片的实施提供必要的条件。 想一想，假设你是节点验证者，将自己的 ETH 作为押金存入网络，以网络利益最大化的方式行事，也符合你自己的利益； 当你知道做坏事会让你失去存款时，你还会那样做吗？

Pow VS Pos，谁更去中心化

从这张图我们可以看出，以太坊的绝大部分算力基本都集中在少数几个大矿池手中，大矿工比其他矿工更有机会挖到区块获得奖励； 而这意味着大型矿工可以获得更多的资金，进而可以买得起更好的设备，使用更先进的矿山资源。

我们在经济学中有一个规模经济的概念，就是说大公司可以通过提高产量来降低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，作为一个更大的运营主体，议价能力更强。 这意味着，投资 1 万元的大矿工可以比投资 1 万元的小矿工获得更多的算力，挖出更多的币，尽管他们投入的资金数量相同。

但是，在POS权益证明机制中，每个人都需要同样的资金投入押金，规模经济在这里发挥不了太大的作用。 这比我们过去知道的POS更容易增加贫困。 贫富差距论点似乎提供了反证。 因此，为了防范算力中心化带来的矿工作恶的潜在风险，也是以太坊转POS的重要原因。

此外，POW机制的高能耗

如图所示，如果将目前比特币和以太坊挖矿的年耗电量加入全国年耗电量排行榜，比特币和以太坊的综合耗电量可以排在第34位，超过了巴基斯坦的第一名。 全年用电量，且增长速度快； 其中，比特币当前用电量占全球用电量的0.31%，以太坊为0.09%。

而如果比较比特币、以太坊和VISA的功耗，结果如下；

还有一组比较有意思的数据。 如果将比特币的能源消耗分摊到每笔交易上，比特币一笔交易的用电量可以满足32个美国家庭一天的用电需求，而以太坊的一笔交易消耗的电量可以满足32个美国家庭一天的用电量一天 2.24 户。

虽然比特币和以太坊的挖矿机制保证了世界上最大的两条区块链能够稳定运行这么多年，自然是非常有价值的； 但我们仍然需要考虑，这样增加的挖矿成本是否有更好的方法来避免； 而以太坊的Casper可能会成为替代高能挖矿的解决方案。

以太坊转POS的过程

近日，以太坊社区正式发布了第一版Casper，Casper FFG； Casper FFG实施后，以太坊将首先进入POW+POS混合挖矿阶段； 这个阶段的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； 这将使整个网络以相对温和的方式过渡到 POS； 而完全转向 POS 可能会导致以太坊的发展路线图的第四阶段是“宁静”。

虽然这一天可能还有很长一段时间，但在这个过程中，以太坊矿工可能需要提前支持和参与一些其他的GPU挖矿币种； 如果你长期看好以太坊的未来，那么你应该在这个阶段多挖ETH，囤积更多的ETH，这样在以太坊完全转向POS后，你作为POS节点可以继续获得更多的ETH奖励。