2022年9月,以太坊完成了其备受瞩目的“合并”（The Merge），从工作量证明（PoW）共识机制转向了权益证明（PoS），标志着其发展史上的一个重要里程碑，PoW的落幕并非完全的尘埃落定，合并前，以太坊社区曾讨论过一种名为“PoW新算法”的方案，作为应对可能的合并失败或极端情况的“保险丝”，尽管合并已成功，但回顾这一PoW新算法的构想，对于我们理解以太坊共识机制的演进、抗审查性以及社区治理的复杂性，仍具有重要的意义。

为何需要“PoW新算法”？—— 合并前的“保险”考量

在合并之前,以太坊社区面临着诸多不确定性，最大的担忧之一是合并过程可能遭遇技术漏洞、攻击或协调失败，导致PoS过渡不顺利，如果合并失败，以太坊将不得不继续运行在PoW机制下，但原有的PoW算法（Ethash）存在一些潜在问题：

  1. ASIC矿机主导：Ethash算法虽然设计之初旨在抵抗ASIC矿机，但随着技术的发展，专用矿机仍逐渐占据了主导地位，导致挖矿中心化风险，违背了区块链去中心化的初衷。
  2. 能源效率：PoW机制本身的高能耗问题一直是备受争议的焦点，即使是在合并前的讨论中，这也是社区寻求改变的重要原因之一。
  3. 抗量子计算能力：随着量子计算技术的发展，现有的PoW算法（包括Ethash）在未来可能面临被量子计算机破解的风险。

社区中的一些声音提出,在合并前就应准备好一套新的、更优化的PoW算法作为“备胎”，这套“PoW新算法”并非要取代PoS成为主流，而是在合并失败等极端情况下，确保以太坊网络能够继续安全、去中心化运行的一种保障。

“PoW新算法”的核心目标与特性

一个理想的以太坊PoW新算法,如果真的被实施，预计会围绕以下几个核心目标进行设计：

  1. 更强的ASIC抗性：这是新算法最重要的目标之一，通过设计更复杂的内存访问模式或计算逻辑，使得专用ASIC矿机难以在性能上相比通用硬件（如GPU）形成绝对优势，从而让更多普通参与者能够参与挖矿，维持网络的去中心化特性。
  2. 更高的能源效率：虽然PoW机制本身难以完全摆脱能源消耗，但新算法可以尝试在保证安全性的前提下，优化计算过程，减少不必要的能源浪费，使其相较于Ethash更“绿色”一些。
  3. 抗量子计算潜力：考虑到量子计算的长期威胁，新算法可能会考虑引入一些对量子计算攻击具有更强抵抗能力的数学原理或哈希函数特性。
  4. 网络安全性与稳定性：新算法必须确保能够提供与现有PoW算法相当或更高的安全性，防止恶意攻击（如51%攻击），并维护网络的稳定运行。
  5. 平滑过渡性：如果需要切换到新算法，应尽量减少对现有矿工和生态系统的冲击，提供清晰的迁移路径。

算法探索与社区讨论

在合并前的讨论中,社区曾提出过一些可能的算法方向或候选方案，

  • 基于KawPoW的改进：KawPoW是 Ravencoin 使用的算法，它在Ethash的基础上增强了ASIC抗性，以太坊社区曾探讨过借鉴或改进KawPoW的可能性。
  • 全新的内存哈希算法：设计一种全新的、依赖大量内存计算且访问模式复杂的算法，使得ASIC难以优化。
  • 结合其他共识要素的混合算法：虽然PoW的核心是计算，但也有人提出是否可以结合少量其他元素来增强特性。

这些讨论更多停留在理论层面和社区提案阶段,由于合并的顺利推进，以及PoS机制在能效和去中心化（相对于PoW的矿机集中）方面的显著优势，PoW新算法的研发并未成为以太坊的核心开发重点，以太坊的核心团队将精力主要集中在PoS的完善、分片（Sharding）等后续升级上。

现实意义与未来展望

尽管以太坊已经成功转向PoS,PoW新算法的构想并未完全失去意义：

  1. 抗审查性的思考：PoS机制虽然高效，但也引发了关于“验证者中心化”和“审查风险”的讨论，一些极端情况下，PoW网络被认为具有更强的抗审查性，因为它不依赖于代币质押，而是依赖于真实的计算资源，对更优PoW算法的研究，可以作为一种抗审查性的技术储备和思想参考。
  2. 其他PoW链的借鉴：以太坊作为区块链领域的标杆，其早期对PoW算法的思考和研究，可以为其他仍在使用PoW的公链（如比特币、莱特币等）提供有益的借鉴，帮助它们应对ASIC化和能效问题。
  3. 技术演进的必然：密码学和共识算法是不断发展的，即使以太坊主网已采用PoS，对新型共识机制（包括改进的PoW）的研究本身也是区块链技术生态健康发展的体现，为未来可能出现的新的需求和挑战做好准备。