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V 神出面解惑:為什麼 PoS 與 PoW 相比,仍不能大幅減少出塊時間?

有網友昨日在 Reddit 以太坊板上詢問,未來以太坊網路將從 PoW 過渡到 PoS 機制,但聽說出塊時間只會減少 1 秒,不懂箇中原因?豈料,此貼文竟釣出 V 神本人親自回應,並在討論中詳細回答了 PoS 與 PoW 的優劣點分析。
(前情提要:秒確認不怕51%攻擊!V神發表「單時隙終結」技術,講述後以太坊安全性

 

為 JSavageone 的網友於昨(6)日在美國最大鄉民論壇 Reddit 上,詢問以太坊板上為什麼將 PoW 過渡到 PoS 機制出塊時間只會減少 1 秒時,竟意外釣出野生 V 神為其解惑。

網友發佈的貼文表示,他直覺來想,與工作量證明 PoW 相比,權益證明 PoS 應該能夠大大減少以太坊出塊時間,因為 PoS 能取代 PoW 計算成本高昂的部分。相較於後者,PoS 面臨的瓶頸應只是將新創建的區塊傳播到達51% 共識門檻所需的網路延遲,加上驗證節點去驗證新區塊並往全網傳達所需的時間。

若在工作量證明下將出塊時間秒數縮減得太短,可能會導致鏈上分叉或算力上的浪費;但在 PoS 下,這個問題難道就不會被消除,因此實現更快的出塊速度嗎?

JSavageone 接續表示,雖然我不知道以太坊上達到 51% 共識的延遲需要多久,但不足以超過幾秒鐘的時間吧;隨後並詢問板上,是否能分析權益與工作證明,且為什麼權益證明只比工作量證明快 1 秒?

出乎意料的是,此提問釣出以太坊創辦人 Vitalik Buterin(下稱 V 神)出面回答。

工作量證明 PoW

V 神首先表示,要想縮短出塊時間,有鏈上安全性和去中心化相關的限制(要避免網路性能好的節點佔據經濟優勢);而在工作量證明下面臨到的最核心問題莫過於出塊時間隨機,如果平均出塊時間是 13 秒,那麼這就代表接下來的第 2 個區塊有 1/13 的機會在下 1 秒內出現。

當兩個出塊的時間極為相近時,具備更好網路連接的礦工在傳播節點方面就會更具優勢,在這種情形下 13 秒的出塊時間內皆是可以容忍的,尤其是在透過叔塊獎勵下,補償了出塊稍晚的礦工。若是將出塊時間改為 3 秒,此情況將成為一個巨大的問題。

權益證明 PoS

對於權益證明 PoS 而言,出塊速度每 12 秒一次,所以不存在這個問題;但是,另外一個問題隨之產生,權益證明會試圖在一個時隙之後為區塊提供非常高水平的確認,要求每個時隙有數千個簽名(目前約 9,100),才能連接至下一個時隙中,上述過程會產生延遲且需要時間。

對於 PoS,時間更像是對數而不是線性問題,因此就算將時隙時間與執行減半成 4,550 個簽名仍是行不通的,因為就算是更短的時隙還是需要幾乎一樣長的時間;且欲聚合這麼多簽名仍需要多輪網路通訊才能消化。

這個過程大概可以在 6 秒內又或稍短的安全時間內完成,但問題是到了那個時候,相當多的簽名仍無法按時上鏈,鏈上獎勵又會再回到高度中心化的參與者手中,目前預測的 12 秒出塊時間是相當保守的,但這也提供了我們對於這類風險足夠的緩衝時間。

V 神最後表示,他不希望未來在每個時隙的時間會減少太多,儘管看起來越來越有可能的是單時隙終結

未來若是需要真正快速完成交易確認的應用程式,就不得不依賴通道或有序列器的 rollup。目前還在積極研究協議內機制,並確保用戶在交易送出的幾秒內(交易將打包在下一個或最近期的區塊中)就可以獲得相當有力的保證。