区块链/等级 VI · 比特币之后/6.2 山寨币时代/课程 4
Peercoin与权益证明机制
币龄、投票的权益，以及随之而来的分叉
材料PPCoin白皮书副本维塔利克·布特林的《权益证明：我如何学会爱上弱主观性》（2014年）用于记录币龄计算的电子表格
好奇
- 为什么网络会奖励持有代币，而不是奖励消耗电力呢？
- 攻击者如何在不投入新资源的情况下，利用十年前掌握的密钥来改写历史记录？
- 是什么阻止了验证者同时签署两个不同的区块？
探索
- 权益证明最早于2011年在比特币论坛上被讨论；第一个可运行的版本来自化名开发者Sunny King与Scott Nadal，他们的PPCoin使用“币龄”来选择区块生产者。在这一模式下，未花费交易输出（UTXO）仅凭存在于链上就能累积权重。一枚币在钱包中闲置的时间越长，被选中铸造下一个区块的概率就越高，从而将共识权直接与长期持有行为挂钩，而非与算力挂钩。
- PPCoin后更名为Peercoin，于2012年8月以混合模式上线：工作量证明负责发行新币，而权益证明区块为质押的币提供约每年1%的奖励，承担了大部分安全保障。多年来，它还依赖由开发者中心化签署的检查点，这一保障措施被批评者视为一个控制点。
- 早期分析揭示了一个被称为“无利害关系”（nothing at stake）的严重漏洞。由于除了最初购币之外，铸造区块不消耗任何物理资源，验证者可以低成本地同时支持链上多个相互竞争的分叉。如果攻击者持有大量权益，就可以在分裂的两侧都签署有效区块，在不为额外工作付出任何边际成本的情况下，让哪段历史才是规范历史变得模糊不清。
- 这引出了长程攻击的问题。攻击者若获得了数年前的旧私钥，理论上就可以从那个时间点起改写整条链的历史。由于验证这些历史区块不需要新的计算，从零开始同步的节点可能会接受攻击者的版本，只要它在数学上看起来有效，从而破坏数月乃至数年前已结算交易的最终性。
- 2014年，维塔利克·布特林提出“弱主观性”来应对这一问题。加入网络的新节点必须信任现有参与者提供的一个最近检查点。通过约定某个特定的区块高度作为验证起点，网络可以防止依赖改写该检查点之前历史的长程攻击。这一权衡使初始同步阶段需要依赖可信的对等节点，但能防范对历史的篡改。
- 后来的设计加入了罚没（slashing）机制来惩罚不当行为。如果验证者签署了相互冲突的区块或采取恶意行为，其质押的币将被没收。Nxt于2013年上线，是早期的纯权益证明链，完全舍弃了混合成分。这些发展奠定了现代基于权益的共识的基本参数：经济惩罚确保诚实，弱主观性则负责网络启动阶段的信任问题。
关键事实
- Peercoin于2012年8月推出，采用工作量证明与权益证明相结合的混合机制。
- 权益证明机制是根据锁定的代币价值来选择区块生产者，而非根据所消耗的计算资源。
- “无利害关系”问题使验证者能够以几乎可以忽略的成本支持多个分叉。
- 长程攻击利用旧密钥改写链的历史，而无需投入新的资源。
- “弱主观性”要求新节点信任最近的检查点，以防止对历史记录的修改。
- 罚没（slashing）机制是后来加入的，用于没收签署冲突区块的验证者的质押。
练习 九、六、三、一
9收集列出早期山寨币（2011-2015年）所使用的9种共识机制或参数。请说明区块选择的特定规则以及任何惩罚机制。
6归类根据处理验证者诚信问题的方式，将这9种分为6类：无惩罚、罚没（slashing）、混合启动、纯权益、基于工作量，或其他。
3提炼将这6类归纳为纯权益证明相较于工作量证明必须化解的3个根本风险。
1凝结用一句话说明：为什么持有资本会形成与消耗能源不同的激励结构。
事实核查
日期、数字及数据均依据下方列出的已发表资料进行核实。
- S. King & S. Nadal, 'PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake' (2012)
- V. Buterin, 'Proof of Stake: How I Learned to Love Weak Subjectivity' (2014)
- Nxt documentation and release notes (2013)