微存链知识——12.共识机制

让我们来看看共识机制实现的不同目标:

达成一致:共识机制试图解决围绕分布式系统的最复杂问题之一：数据的真实性和准确性达成统一协议。与中心化系统不同，用户不必信任系统中的任何人。嵌入网络的协议规则确保了公共分类帐的状态总是随着大众的共识而更新。

防止双花攻击:共识机制防止任何用户重复消费，这是在比特币出现之前一直存在的数字货币问题。“双花攻击”指的是数字货币有可能被两次消费。区块链共识机制中嵌入的协议规则确保只有有效和真实的交易才记在公共透明的账簿中。随着矿工算力扩大以保护交易（以及网络），双花攻击或改变交易的指数变得越来越难。

激励机制:创建一个自我调节的无信任系统需要调动网络参与者的积极性。共识机制通过激励好的行为，在某些情况下，惩罚坏的行为者来实现这一点。比特币(Bitcoin)使用的第一种共识机制(工作量证明(Proof-of-Work))，通过奖励比特币(Bitcoins)给矿工，奖励他们每一笔交易的担保和验证。任何针对网络的行动(通过黑客攻击或双花攻击)都需要大量的算力和钱财，这些资源将更好地用于为系统工作(因为他们的努力会得到回报)，而不是针对系统。

公平公正:区块链的去中心化的一个重要优势是分配授权，任何人都能在同一个基础上参与进来。公共区块链的开源特性使任何人都可以检查和验证底层源代码对网络中的所有参与者是否公平。如果你愿意，就可以轻松地设置一个节点并成为参与者甚至矿工。简而言之，共识机制确保区块链不存在区别对待。

容错机制:在算法领域，容错是指分布式系统在面临威胁或故障时仍能无限运行。共识机制确保区块链是容错的，因此是可靠和一致的。

区块链的自信任主要体现于分布于区块链中的用户无须信任交易的另一方，也无须信任一个中心化的机构，只需要信任区块链协议下的软件系统即可实现交易。这种自信任的前提是区块链的共识机制（consensus），即在一个互不信任的市场中，要想使各节点达成一致的充分必要条件是每个节点出于对自身利益最大化的考虑，都会自发、诚实地遵守协议中预先设定的规则，判断每一笔记录的真实性，最终将判断为真的记录记入区块链之中。换句话说，如果各节点具有各自独立的利益并互相竞争，则这些节点几乎不可能合谋欺骗你，而当节点们在网络中拥有公共信誉时，这一点体现得尤为明显。区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

现今区块链的共识机制可分为三大类：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制。

工作量证明机制（PoW）

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。

最著名的加密货币——比特币就是使用的PoW共识机制。

权益证明机制（PoS）

2012年，化名Sunny King的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，以太坊正是使用的PoS共识机制。

股份授权证明机制（DPoS）

股份授权证明机制也叫代理权益证明机制，是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。

EOS，YottaChain都是使用的DpoS。

虽然每一种共识机制都有自己独特的优势，但是确定也同样的明显，如POW缺点是没有最终性、浪费能源,有很多人批评它浪费了大量的算力；POS缺点是容易产生分叉、没有最终性等；POS的缺点是依然没有解决最终性问题。

需要注意的是，目前的共识机制都不是完美的，在应用场景上都有一定的限制，区块链共识机制更大的可能趋势是，各自在小领域里解决特定的问题。区块链共识机制，仍在不断地发展进化当中。

说完了共识机制，不得不提到的就是“拜占庭将军”问题，那么我们将在下一期着重为大家介绍“拜占庭将军”问题的相关内容，大家千万不要错了哦。如果小伙伴们还有疑问，可以扫描下方二维码添加客服微信，了解更多关于区块链的知识。

好了，今天的分析就到这里，祝各位观众老爷早日富可敌国！

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编译者/作者：微存网络

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