权益证明（PoS）：验证者如何保障区块链安全
权益证明（Proof of Stake，PoS）是一种共识机制，验证者需要锁定一定数量的代币（称为"质押品"）才能参与向区块链添加区块的过程。共识机制是一种规则，让众多计算机无需中心化机构即可就同一份共享记录达成一致。验证者是提议并核实交易区块的参与者。最著名的 PoS 区块链网络案例是以太坊，本文将以此为例进一步说明。
什么是验证者？它需要锁定什么？
验证者是提议并核实交易区块的参与者，它通过在节点上运行软件来完成这项工作。节点是运行区块链软件的计算机，它与其他计算机相连，并能够验证区块。
质押品是验证者为满足添加区块的条件而锁定的代币数量。"质押"这个词指代这笔被锁定的金额，而区块链的规则则规定了验证者必须锁定多少金额。
以太坊的文档规定，激活一个验证者所需的最低质押金额为 32 个代币。在这种设计中，想要停止验证工作的验证者需要经历一个退出流程，且退出请求需排队等候，因此验证者的等待时间取决于同时有多少其他验证者也在退出。
权益证明是如何运作的？
在以太坊的权益证明设计中，规则会在每个时隙（slot）中选出一名活跃验证者来提议一个区块，然后其他验证者对其进行验证确认。时隙是指可以提议一个区块的固定时间段。验证确认（attestation）是验证者签署并发送的一种投票，用以支持其自身对链的看法，也就是该验证者所认定的区块链状态。
这种选择是伪随机的，意味着由规则中的某个算法来做出选择。被选中的概率会根据验证者的"有效余额"进行加权，即规则所计入的质押金额，但存在一个规则设定的上限。因此，更多的质押金额会在该上限内提高被选中的概率，但这种选择本质上仍是伪随机的，所以更大的质押金额并不能决定谁将提议下一个区块。更大的质押金额也不会让持有者自动成为验证者：锁定至少最低质押金额只是成为验证者的必要条件之一。
被选中的验证者（称为提议者）将交易打包成一个区块，用数字签名为其签名，并将其广播给网络中的其他计算机。每个活跃验证者在每个纪元（epoch，即一组固定数量的时隙）中进行一次验证确认。在特定时隙中进行验证确认的验证者构成一个"委员会"，这是规则随机选出的一组验证者。随后，网络中的节点即可验证该区块及其中的交易。
以太坊文档记录的 PoS 算法设计采用 12 秒的时隙和包含 32 个时隙的纪元。因此一个纪元持续 384 秒，即 6.4 分钟：32 个时隙，每个 12 秒。
当验证者违反规则时会发生什么？
罚没（Slashing）是一种惩罚机制，会没收验证者部分或全部的质押金额。在以太坊中，罚没还会将该验证者强制踢出网络。规则针对特定违规行为实施罚没，例如针对同一时隙签署两个不同的区块。
未能履行特定验证确认义务的验证者可能会受到比罚没更轻的处罚，不过未能成功提议一个区块本身并不会受到惩罚。每条区块链的规则都会自行设定具体的处罚金额及适用条件。
权益证明的设计目的是确保：以太坊验证者要添加一个区块，就必须锁定可被规则惩罚的 ETH。
代币持有者如何在不运行验证者的情况下参与其中？
委托（Delegation）是代币持有者无需自行运行验证者即可参与其中的一种方式。委托指的是参与者让某个服务方或一种集合安排代为运行验证者。这里所说的"集合安排"并非挖矿矿池，而是指多位持有者将各自较少的代币合并在一起，以达到最低质押金额要求的一种安排。
在服务方模式下，由服务提供商运行验证者，持有者只需提供代币。在集合安排模式下，由第三方负责运行验证者。无论哪种情况，持有者都要依赖负责运行验证者的一方。
对于服务方模式而言，提款密钥（即控制锁定代币流向的密钥）究竟由持有者自己保管，还是由服务提供商保管，则取决于具体安排。
权益证明与工作量证明有何不同？
工作量证明（PoW）与权益证明都是用来决定由哪个参与者添加下一个区块的共识机制：工作量证明将这一权利与计算工作量绑定，而 PoS 共识则将其与验证者锁定的代币绑定。
不同区块链的权益证明设计是否存在差异？
是的。权益证明其实是一整个系列的设计方案，不同区块链在最低质押金额、选择机制、处罚规则以及退出流程等方面的规定都可能各不相同。
时隙长度、纪元长度以及最低质押金额都属于区块链规则中的具体设置，当这些规则进行升级时，这些参数也可能随之发生变化。
2025年11月27日
