PoS 讓富人更富? 詳細對比 PoW 和 PoS 機制下規模經濟盈利率

挖礦和質押機制之間的盈利能力沒有太大差異,PoS 讓「富人更富」的論點存在根本性缺陷。

撰文:Just a Doggie,SecurEth 編輯
編譯:Perry Wang

對權益證明(PoS)公式機制常見的批評是「讓富人更富」,可以簡單翻譯成:「有錢人從規模經濟中獲益更多,窮人則反之」 。

通過觀察任何規模經營的行業,我們可以很容易地看到這樣的情況:隨着時間推移,那些可以更高效、更大規模地運營的公司能夠利用其影響力和規模,逐漸逼近對行業的壟斷。我們甚至可以在民族國家層面看到這一點:規模更大、資源更豐富的國家會吸引更高的政治影響力,達成更大規模的貿易協議,並直接推動國際事務傾向於其自身利益,而以犧牲窮國爲代價。

加密貨幣共識算法的背景下,很容易看出這種情況究竟會怎樣。 資產更爲豐厚的參與者能夠將更多的資本投入到其運營中,增加他們在區塊鏈安全系統中的整體份額,併爲自己帶來更多的回報。循環往復,他們能夠將這些收益再投資到更大規模的業務中,無限期地獲得更多的回報潛力。

但是這些是連續的零和遊戲,因爲提供的獎勵是固定的,但在可公開訪問和無限制參與的加密貨幣安全機制中,參與者數量可能是無限的,並且時間線永無止境。如果某個競爭對手能夠有效地利用其運營的規模經濟,就會以犧牲其他競爭對手爲代價獲得市場份額,隨着時間推移,他們可以充分利用這種規模差異,來建立不可逾越的領先優勢。很容易看出富人如何在這些系統中變得越來越富有,以及爲什麼這是很危險的事情。

不過,關於 PoS 的這種討論已經夠多了,我想在這裏談談工作量證明(PoW)和 PoS 系統兩種規模經濟之間的差異。

PoS 經濟安全性

PoS 背後的理念是個人抵押自己的資產,通常是以用於安全機制的原生加密貨幣,並將該抵押品由加密貨幣協議本身予以託管。作爲回報,他們獲得了生產新區塊並參與這些區塊在加密貨幣歷史中最終排序共識的責任。他們因這些活動而獲得獎勵,通過生產區塊獲得區塊獎勵(獎勵通常是原生代幣)實現,以此來激勵其參與。

在無需許可的共識系統中,爲了最終確定這些獎勵,參與共識是不可或缺的,否則其他參與者同樣容易爲自己「竊取」這些收益。就歷史達成共識的目標是「最終確定」這些獎勵(以及交易費用和其他收益,例如礦工可提取價值 /MEV),確保它們不被其他人拿走。

在像以太坊這樣的 PoS 算法設計中,「最終確定性」(Finality)的概念特別值得注意。尤其值得注意的是,完全有可能就歷史的一部分達成「最終確定」,或者參與者在不違反協議規則(並承受後果)的情況下無法對其進行更改。這是 PoS 機制獨有的特色,因爲 PoW 沒有這個屬性,至少沒有明文規定。這個屬性很有價值,特別是對於全球交易結算網絡,因爲這可以確定一個明確的時間線,其中的交易可以被視爲「最終確定」——在不違反共識規則的情況下是無法更改的。

我們應該注意到這個屬性存在可行性限制。 例如,如果攻擊者能夠拿走協議中的絕大多數抵押品(> 66.6%),並願意將其燒燬以用於某些協議外目標(例如造成破壞或逆轉高價值交易)。由於以太坊的 PoS 協議中投入了數百億美元的價值,這種行爲的成本非常高,因此單筆交易價值遠遠不值得攻擊者投入如此龐大的資源來違反規則集,但這種可能性仍然是存在的。

PoS 和其他共識系統(如 PoW)之間仍有相似之處,從根本上說,它們的結構通常是相同的:參與者需投入參與區塊提案和共識所需的資源,並因此獲得獎勵。不過,不同的共識協議甚至特定加密貨幣的具體實施,在每個細節上都各不相同:履行這些職責所獲得的獎勵的相對份額、參與者可以獲得的協議外收益的可用數量、投入資源的機會成本,以及參與此類工作的其他外部因素。

入場門檻和規模經濟限制

我想在這篇文章中更深入地研究這些具體實現的細節,以及具體選擇如何驅動這個協議中的緊急行爲。這些細微的差異會導致截然不同的結果,重要的是,我們對此進行學術分析,以便可以識別其結構中的潛在問題,從而構建更優秀的系統。

例如,比特幣區塊鏈目前每 10 分鐘爲每個區塊提供 6.25 BTC 的獎勵(每天約 900 BTC),而從發送交易的用戶手中收取的交易費用平均約是上述金額的 6%。該區塊鏈年化收入約爲 200 億美元

爲了從比特幣區塊鏈的這筆收入中分一杯羹,您需要從少數硬件製造商手中購買專用的 ASIC 礦機,這些製造商提供的比特幣礦機具備從比特幣挖礦中獲利所需的效率水平,這樣您挖礦就不至於陷入虧本。對於大型買家來說,這種礦機的真實成本很難估算,因爲這些礦機制造商企業的銷售數據很難獲取,而且他們傾向於對大型買家提供更多優惠。不過,比特幣挖礦迄今爲止最大的成本不是購買這些礦機所需的資金,而是在大型礦池配置中 24/7 運行這些機器連續挖礦所需的電費。

雖然理論上任何人都可以進行比特幣挖礦,但我們可以開始看到,由於其網絡的結構及參數,存在極高的入場壁壘,例如購買 ASIC 礦機和存儲和運行礦機的空間、合理的電費成本,以及大規模購買這些資產的成本和資本支出,這樣才能與其他存在類似規模化經濟的公司展開競爭。不是每個人都能獲得這些機會,需要相當程度的資金,而運營大型企業的政治成本和不同地區之間的電力成本差異甚至都還沒考慮進去。

另一方面,這類規模經濟也存在限制。例如,您不太可能到特定地區買下「所有」可用的電力來運行礦機,這會引起政府的注意,政府希望確保其他公民也能公平地獲得電力。您也無法找到無限大的建築物來容納礦機,或者建造一個足夠強大的冷卻系統來提供礦機制冷。

而終極限定因素是,這些礦機制造商每年生產的礦機只有這麼多,您不可能全部買斷(至少在不把價格推高到超過挖礦利潤打平點的情況下不可能)。競爭對手可以對每一個潛在優勢中進行優化,都其優化潛力都存在上限。

不過,在存在這些固有的侷限性的基礎上,比特幣挖礦業務的規模每年都在不斷增長,隨着時間推移,隨着更多礦機被創造出來、礦工可以獲得更多的協商用電、礦機效率的提高,以及參與者通過創新減少其運營成本,比特幣挖礦經濟的規模天花板不斷上升。

PoW 與 PoS 機制兩相相比, 可以看出這些參數以及限制、入場障礙存在很大差異。例如,以太坊 2.0 的 PoS 設計規定了區塊獎勵(目前每年大約 40 萬 ETH)隨着參與驗證者數量的增加而減少。目前在以太坊主網(當前還是 PoW 共識機制),用戶支付給礦工的交易費用每天大約有 4000 ETH,在當前 PoW 網絡升級到 PoS 的合併(Merge)發生後,交易費用理論上應該相同或更大。最後一點,以太坊網絡在過去一年中有超過 50 億美元的可探測 MEV 已經被提取,隨着我們找到更復雜的測量方法,這一數字每天都在增長。以太坊驗證者的年化總收入約爲 64 億美元

以太坊 2.0 獎勵曲線

要成爲以太坊 2.0 中的驗證者,您必須擁有 32 ETH (按當前價格計算約 10 萬美元)才能獲得一個驗證者插槽,之後您有十分之一的機會被隨機選擇參與協議。不過由於協議的結構設計,驗證者實際上相當於在本地加入礦池,驗證者獲得區塊獎勵的可變性因此大大降低,因爲每個人的收入大致相同。這不會影響驗證者在被選中發佈區塊時獲得的交易費用或潛在 MEV,這些仍然會特別獎勵給區塊提議者,這意味着驗證者保持在線和響應非常重要,這樣就不會錯過賺取這些費用的機會。事實上,交易費用收入和 MEV 在以太坊協議收入中所佔的比例越來越大,因此保障時刻在線至關重要。

PoS 機制中停機時間相關的具體成本更高,不僅限於錯失獎勵機會的潛在損失。例如,存在一個泄漏率(leakage rate),您的質押資產會因無響應而被部分扣除。如果足夠多的驗證者池沒有響應,懲罰會呈指數增長,以避免導致正常運行時間損失的共識僵局。這推動了驗證者地理方位和軟件設置的多元化,從而確保了儘可能高的正常運行時間。由於挖礦硬件在不同位置託管的成本幾乎沒有差異,因此區塊生產變得更加容易。最後一點,具備軟件和硬件冗餘的更復雜的驗證者設置(能處理更多的驗證者插槽)會增加工程成本,導致整體盈利能力隨之降低。

計算入場門檻

在無需許可的加密貨幣安全系統中,理論上任何人都能夠滿足必要的入場和盈利門檻,以確保您可以參與協議的連續零和遊戲。不過在實踐中切實存在一些限制,無論是隱性的還是顯性的,這些限制會阻止資源較少的個人入場參與。

在 PoS 機制中計算入場門檻很容易。對於未來的 PoS 以太坊而言,這個門檻是獲得 32 ETH (按當前價格計算約爲 10 萬美元)、(最低)硬件規格(購買約需 1-2000 美元,租賃費用約爲 200 美元 / 月)和可靠的互聯網連接(約 100 美元 / 月)。

以 18 個月的質押期爲例,這些成本相當於大約 10.5 萬美元,其中大部分是資金成本。

帶入我們上面的數字,這 18 個月期間的收入約爲 45,000 美元(假設沒有大幅罰沒,或因不活躍而出現泄漏罰款,並且還忽略運行這一設置的人力資源成本),以 ETH 計算的年化總回報率約爲 28% (以美元計算的話,明顯變量要更多)。一旦我們將這些成本考慮在內,上述年化盈利可能會下降很多,而以太坊合併的發生將降低參與的風險。更合理地估算相關數值的話,假設在這些未來條件下,年化回報率可能更接近 5%。

對於 PoW 機制,計算這一數字要困難得多。首先,可用的驗證者插槽數量沒有協議內限制,資本成本差異很大(ASIC 礦機、電力、房地產、礦機維護等)。生態系統也更加不透明,無法得出類似的盈利能力比較,但我們將盡最大努力從哈希率圖表和 ASIC 礦機的公開成本中得出結論。 ASIC 礦機在開始出現故障或被新機型取代之前有大約 18 個月的盈利窗口,所以希望證明我們在 PoS 計算中選擇上述盈利窗口是有道理的。PoW 挖礦業也是一個更加成熟和規模更大的行業,年化回報(以 BTC 計算)可能比我們這裏計算的數值要少得多。

首先,讓我們做一些更直接的比較。ETH 的最大數量也就決定了可以質押的插槽總數的上限。如果 ETH 的總供應量限制爲 1.2 億(理論上沒有上限,但實際上會這麼多),可以填充大約 375 萬個驗證者插槽(每個插槽需要 32 個 ETH)。比特幣的算力目前爲 1.15 EH/s,而 螞蟻 S9 礦機的算力約爲 13 TH/s,成本約爲 500 美元。要擁有比特幣網絡哈希率的 1/375 萬,您需要擁有 2375 臺螞蟻 S9 礦機,硬件成本約爲 119 萬美元。更高效的螞蟻 S17 Pro 礦機成本約爲 2000 美元,算力約爲 53 TH/s,因此您只需要擁有約 583 臺螞蟻 S17 Pro 礦機,只需花費約 117 萬美元的礦機成本,即可擁有與一個以太坊 2.0 驗證者插槽相同百分比的網絡份額。

不過進行更細緻比較的話,以太坊網絡的市值僅爲比特幣網絡的 42% 左右,因此擁有與以太坊 2.0 驗證者插槽同等網絡份額的比特幣網絡等效支出僅爲 49.5 萬美元(10.75 BTC),即 248 臺螞蟻 S17 Pro 礦機。

一臺螞蟻 S17 Pro 礦機可用大約 4 年(電費成本保持在 0.11 美元 /kWh ),因此用該礦機挖比特幣需要大約 1.56 萬美元(0.35 BTC)的電費,因此可以推斷:在 4 年內使用螞蟻 S17 Pro 礦機開採 248 BTC ,成本爲 387 萬美元(相當於 84 BTC)。將其標準化爲上面使用的 18 個月期限,相當於以 145 萬美元(31.5 BTC)的電費挖了了 93 BTC,年化回報率爲 47%(以 BTC 計算)! 由於中國對加密貨幣挖礦產業的打擊,以及比特幣哈希率的其他結構性變化,這一數字最近要高得多,但我們可以假設實踐中至少可以保障達到這個數字的一半。

做一個更對等的比較,假設我們只有 18 個月內在挖礦設備和電力成本上花費 10.5 萬美元的能力,那麼在實踐中具體會有怎樣的收益呢?我們可以購買大約 6 臺螞蟻 S17 Pro 礦機(1.2 萬美元,或相當於約 0.26 BTC),在 18 個月內使用 3.96 萬美元的電費(相當於 0.86 BTC)挖出大約 2.25 BTC,年化回報率約爲 33%(以 BTC 計算)。

這與我們算出的以太坊驗證者插槽的回報非常相似!但是我們可以開始看到規模經濟是如何在這裏發揮作用的,資源豐富的參與者(前面提到的可以買 248 臺螞蟻 S17 Pro 礦機的礦工)可以獲得比資源較少的參與者(買 6 臺螞蟻 S17 Pro 礦機的礦工)高 42% 的回報。可以看出,PoW 規模經濟中才是富人更富!

總結

我們可以看到,如果我們在運營和資本支出方面進行一對一的具體比較,挖礦和質押機制之間的盈利能力確實沒有太大差異。

暫且擱置「去中心化」的討論,我們可以看到,所謂 PoS 能讓「富人更富」的論點存在根本性缺陷。

上述論調是指任何資本密集型投資都可以讓能夠投入更多資本的參與者,獲得比資金較少的參與者更好的回報。希望本文的論證能讓您相信,這個論點只是智力上的偷懶,經不起最簡單的推敲。

此外,我希望您能更多瞭解通過盈利能力比較加密貨幣的經濟安全性,以及規模經濟如何影響無需許可安全系統的入場門檻。



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