PoS 让富人更富？详细对比 PoW 和 PoS 机制下规模经济盈利率
挖矿和质押机制之间的盈利能力没有太大差异，PoS让「富人更富」的论点存在根本性缺陷。
撰文：JustaDoggie，SecurEth编辑编译：PerryWang
对权益证明（PoS）公式机制常见的批评是「让富人更富」，可以简单翻译成：「有钱人从规模经济中获益更多，穷人则反之」。
通过观察任何规模经营的行业，我们可以很容易地看到这样的情况：随着时间推移，那些可以更高效、更大规模地运营的公司能够利用其影响力和规模，逐渐逼近对行业的垄断。我们甚至可以在民族国家层面看到这一点：规模更大、资源更丰富的国家会吸引更高的政治影响力，达成更大规模的贸易协议，并直接推动国际事务倾向于其自身利益，而以牺牲穷国为代价。
在加密货币共识算法的背景下，很容易看出这种情况究竟会怎样。资产更为丰厚的参与者能够将更多的资本投入到其运营中，增加他们在区块链安全系统中的整体份额，并为自己带来更多的回报。循环往复，他们能够将这些收益再投资到更大规模的业务中，无限期地获得更多的回报潜力。
但是这些是连续的零和游戏，因为提供的奖励是固定的，但在可公开访问和无限制参与的加密货币安全机制中，参与者数量可能是无限的，并且时间线永无止境。如果某个竞争对手能够有效地利用其运营的规模经济，就会以牺牲其他竞争对手为代价获得市场份额，随着时间推移，他们可以充分利用这种规模差异，来建立不可逾越的领先优势。很容易看出富人如何在这些系统中变得越来越富有，以及为什么这是很危险的事情。
不过，关于PoS的这种讨论已经够多了，我想在这里谈谈工作量证明（PoW）和PoS系统两种规模经济之间的差异。
PoS经济安全性PoS背后的理念是个人抵押自己的资产，通常是以用于安全机制的原生加密货币，并将该抵押品由加密货币协议本身予以托管。作为回报，他们获得了生产新区块并参与这些区块在加密货币历史中最终排序共识的责任。他们因这些活动而获得奖励，通过生产区块获得区块奖励（奖励通常是原生代币）实现，以此来激励其参与。
在无需许可的共识系统中，为了最终确定这些奖励，参与共识是不可或缺的，否则其他参与者同样容易为自己「窃取」这些收益。就历史达成共识的目标是「最终确定」这些奖励（以及交易费用和其他收益，例如矿工可提取价值/MEV），确保它们不被其他人拿走。
在像以太坊这样的PoS算法设计中，「最终确定性」（Finality）的概念特别值得注意。尤其值得注意的是，完全有可能就历史的一部分达成「最终确定」，或者参与者在不违反协议规则（并承受后果）的情况下无法对其进行更改。这是PoS机制独有的特色，因为PoW没有这个属性，至少没有明文规定。这个属性很有价值，特别是对于全球交易结算网络，因为这可以确定一个明确的时间线，其中的交易可以被视为「最终确定」——在不违反共识规则的情况下是无法更改的。
我们应该注意到这个属性存在可行性限制。例如，如果攻击者能够拿走协议中的绝大多数抵押品（>66.6％），并愿意将其烧毁以用于某些协议外目标（例如造成破坏或逆转高价值交易）。由于以太坊的PoS协议中投入了数百亿美元的价值，这种行为的成本非常高，因此单笔交易价值远远不值得攻击者投入如此庞大的资源来违反规则集，但这种可能性仍然是存在的。
PoS和其他共识系统（如PoW）之间仍有相似之处，从根本上说，它们的结构通常是相同的：参与者需投入参与区块提案和共识所需的资源，并因此获得奖励。不过，不同的共识协议甚至特定加密货币的具体实施，在每个细节上都各不相同：履行这些职责所获得的奖励的相对份额、参与者可以获得的协议外收益的可用数量、投入资源的机会成本，以及参与此类工作的其他外部因素。
入场门槛和规模经济限制我想在这篇文章中更深入地研究这些具体实现的细节，以及具体选择如何驱动这个协议中的紧急行为。这些细微的差异会导致截然不同的结果，重要的是，我们对此进行学术分析，以便可以识别其结构中的潜在问题，从而构建更优秀的系统。
例如，比特币区块链目前每10分钟为每个区块提供6.25BTC的奖励（每天约900BTC），而从发送交易的用户手中收取的交易费用平均约是上述金额的6%。该区块链年化收入约为200亿美元。
为了从比特币区块链的这笔收入中分一杯羹，您需要从少数硬件制造商手中购买专用的ASIC矿机，这些制造商提供的比特币矿机具备从比特币挖矿中获利所需的效率水平，这样您挖矿就不至于陷入亏本。对于大型买家来说，这种矿机的真实成本很难估算，因为这些矿机制造商企业的销售数据很难获取，而且他们倾向于对大型买家提供更多优惠。不过，比特币挖矿迄今为止最大的成本不是购买这些矿机所需的资金，而是在大型矿池配置中24/7运行这些机器连续挖矿所需的电费。
虽然理论上任何人都可以进行比特币挖矿，但我们可以开始看到，由于其网络的结构及参数，存在极高的入场壁垒，例如购买ASIC矿机和存储和运行矿机的空间、合理的电费成本，以及大规模购买这些资产的成本和资本支出，这样才能与其他存在类似规模化经济的公司展开竞争。不是每个人都能获得这些机会，需要相当程度的资金，而运营大型企业的政治成本和不同地区之间的电力成本差异甚至都还没考虑进去。
另一方面，这类规模经济也存在限制。例如，您不太可能到特定地区买下「所有」可用的电力来运行矿机，这会引起政府的注意，政府希望确保其他公民也能公平地获得电力。您也无法找到无限大的建筑物来容纳矿机，或者建造一个足够强大的冷却系统来提供矿机制冷。
而终极限定因素是，这些矿机制造商每年生产的矿机只有这么多，您不可能全部买断（至少在不把价格推高到超过挖矿利润打平点的情况下不可能）。竞争对手可以对每一个潜在优势中进行优化，都其优化潜力都存在上限。
不过，在存在这些固有的局限性的基础上，比特币挖矿业务的规模每年都在不断增长，随着时间推移，随着更多矿机被创造出来、矿工可以获得更多的协商用电、矿机效率的提高，以及参与者通过创新减少其运营成本，比特币挖矿经济的规模天花板不断上升。
PoW与PoS机制两相相比，可以看出这些参数以及限制、入场障碍存在很大差异。例如，以太坊2.0的PoS设计规定了区块奖励（目前每年大约40万ETH）随着参与验证者数量的增加而减少。目前在以太坊主网（当前还是PoW共识机制），用户支付给矿工的交易费用每天大约有4000ETH，在当前PoW网络升级到PoS的合并（Merge）发生后，交易费用理论上应该相同或更大。最后一点，以太坊网络在过去一年中有超过50亿美元的可探测MEV已经被提取，随着我们找到更复杂的测量方法，这一数字每天都在增长。以太坊验证者的年化总收入约为64亿美元。
以太坊2.0奖励曲线
要成为以太坊2.0中的验证者，您必须拥有32ETH（按当前价格计算约10万美元）才能获得一个验证者插槽，之后您有十分之一的机会被随机选择参与协议。不过由于协议的结构设计，验证者实际上相当于在本地加入矿池，验证者获得区块奖励的可变性因此大大降低，因为每个人的收入大致相同。这不会影响验证者在被选中发布区块时获得的交易费用或潜在MEV，这些仍然会特别奖励给区块提议者，这意味着验证者保持在线和响应非常重要，这样就不会错过赚取这些费用的机会。事实上，交易费用收入和MEV在以太坊协议收入中所占的比例越来越大，因此保障时刻在线至关重要。
PoS机制中停机时间相关的具体成本更高，不仅限于错失奖励机会的潜在损失。例如，存在一个泄漏率（leakagerate），您的质押资产会因无响应而被部分扣除。如果足够多的验证者池没有响应，惩罚会呈指数增长，以避免导致正常运行时间损失的共识僵局。这推动了验证者地理方位和软件设置的多元化，从而确保了尽可能高的正常运行时间。由于挖矿硬件在不同位置托管的成本几乎没有差异，因此区块生产变得更加容易。最后一点，具备软件和硬件冗余的更复杂的验证者设置（能处理更多的验证者插槽）会增加工程成本，导致整体盈利能力随之降低。
计算入场门槛在无需许可的加密货币安全系统中，理论上任何人都能够满足必要的入场和盈利门槛，以确保您可以参与协议的连续零和游戏。不过在实践中切实存在一些限制，无论是隐性的还是显性的，这些限制会阻止资源较少的个人入场参与。
在PoS机制中计算入场门槛很容易。对于未来的PoS以太坊而言，这个门槛是获得32ETH（按当前价格计算约为10万美元）、（最低）硬件规格（购买约需1-2000美元，租赁费用约为200美元/月）和可靠的互联网连接（约100美元/月）。
以18个月的质押期为例，这些成本相当于大约10.5万美元，其中大部分是资金成本。
带入我们上面的数字，这18个月期间的收入约为45,000美元（假设没有大幅罚没，或因不活跃而出现泄漏罚款，并且还忽略运行这一设置的人力资源成本），以ETH计算的年化总回报率约为28%（以美元计算的话，明显变量要更多）。一旦我们将这些成本考虑在内，上述年化盈利可能会下降很多，而以太坊合并的发生将降低参与的风险。更合理地估算相关数值的话，假设在这些未来条件下，年化回报率可能更接近5%。
对于PoW机制，计算这一数字要困难得多。首先，可用的验证者插槽数量没有协议内限制，资本成本差异很大（ASIC矿机、电力、房地产、矿机维护等）。生态系统也更加不透明，无法得出类似的盈利能力比较，但我们将尽最大努力从哈希率图表和ASIC矿机的公开成本中得出结论。ASIC矿机在开始出现故障或被新机型取代之前有大约18个月的盈利窗口，所以希望证明我们在PoS计算中选择上述盈利窗口是有道理的。PoW挖矿业也是一个更加成熟和规模更大的行业，年化回报（以BTC计算）可能比我们这里计算的数值要少得多。
首先，让我们做一些更直接的比较。ETH的最大数量也就决定了可以质押的插槽总数的上限。如果ETH的总供应量限制为1.2亿（理论上没有上限，但实际上会这么多），可以填充大约375万个验证者插槽（每个插槽需要32个ETH）。比特币的算力目前为1.15EH/s，而蚂蚁S9矿机的算力约为13TH/s，成本约为500美元。要拥有比特币网络哈希率的1/375万，您需要拥有2375台蚂蚁S9矿机，硬件成本约为119万美元。更高效的蚂蚁S17Pro矿机成本约为2000美元，算力约为53TH/s，因此您只需要拥有约583台蚂蚁S17Pro矿机，只需花费约117万美元的矿机成本，即可拥有与一个以太坊2.0验证者插槽相同百分比的网络份额。
不过进行更细致比较的话，以太坊网络的市值仅为比特币网络的42%左右，因此拥有与以太坊2.0验证者插槽同等网络份额的比特币网络等效支出仅为49.5万美元（10.75BTC），即248台蚂蚁S17Pro矿机。
一台蚂蚁S17Pro矿机可用大约4年（电费成本保持在0.11美元/kWh），因此用该矿机挖比特币需要大约1.56万美元（0.35BTC）的电费，因此可以推断：在4年内使用蚂蚁S17Pro矿机开采248BTC，成本为387万美元（相当于84BTC）。将其标准化为上面使用的18个月期限，相当于以145万美元（31.5BTC）的电费挖了了93BTC，年化回报率为47%（以BTC计算）！由于中国对加密货币挖矿产业的打击，以及比特币哈希率的其他结构性变化，这一数字最近要高得多，但我们可以假设实践中至少可以保障达到这个数字的一半。
做一个更对等的比较，假设我们只有18个月内在挖矿设备和电力成本上花费10.5万美元的能力，那么在实践中具体会有怎样的收益呢？我们可以购买大约6台蚂蚁S17Pro矿机（1.2万美元，或相当于约0.26BTC），在18个月内使用3.96万美元的电费（相当于0.86BTC）挖出大约2.25BTC，年化回报率约为33%（以BTC计算）。
这与我们算出的以太坊验证者插槽的回报非常相似！但是我们可以开始看到规模经济是如何在这里发挥作用的，资源丰富的参与者（前面提到的可以买248台蚂蚁S17Pro矿机的矿工）可以获得比资源较少的参与者（买6台蚂蚁S17Pro矿机的矿工）高42%的回报。可以看出，PoW规模经济中才是富人更富！
总结我们可以看到，如果我们在运营和资本支出方面进行一对一的具体比较，挖矿和质押机制之间的盈利能力确实没有太大差异。
暂且搁置「去中心化」的讨论，我们可以看到，所谓PoS能让「富人更富」的论点存在根本性缺陷。
上述论调是指任何资本密集型投资都可以让能够投入更多资本的参与者，获得比资金较少的参与者更好的回报。希望本文的论证能让您相信，这个论点只是智力上的偷懒，经不起最简单的推敲。
此外，我希望您能更多了解通过盈利能力比较加密货币的经济安全性，以及规模经济如何影响无需许可安全系统的入场门槛。
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