共識(shí)機(jī)制的發(fā)展史，代表著區(qū)塊鏈技術(shù)從1.0走向2.0以及更遠(yuǎn)的未來(lái)。從某種程度上講，對(duì)于共識(shí)機(jī)制的突破與創(chuàng)新，直接決定了區(qū)塊鏈未來(lái)大規(guī)模商業(yè)化的應(yīng)用。

如果將去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)比作一個(gè)生命體，那么共識(shí)機(jī)制可以說(shuō)就是它的生命之源。

什么是共識(shí)機(jī)制？

相信每一位對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)有所了解的人，都或多或少的了解過(guò)一個(gè)相關(guān)的理論——拜占庭將軍問(wèn)題”，甚至對(duì)于很多人而言，拜占庭將軍問(wèn)題是很多人了解區(qū)塊鏈技術(shù)原理的第一扇大門”。

拜占庭將軍問(wèn)題”源自著名圖靈獎(jiǎng)得主萊斯利·蘭波特在其同名論文中提出的分布式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信容錯(cuò)問(wèn)題。根據(jù)維基百科的解釋，拜占庭將軍問(wèn)題即：

在分布式計(jì)算中，不同的計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊交換信息達(dá)成共識(shí)，按照同一套協(xié)作策略行動(dòng)。但有時(shí)候，系統(tǒng)中的成員計(jì)算機(jī)可能出錯(cuò)而發(fā)送錯(cuò)誤的信息，用于傳遞信息的通訊網(wǎng)絡(luò)也可能導(dǎo)致信息損壞，使得網(wǎng)絡(luò)中不同的成員關(guān)于全體協(xié)作的策略得出不同結(jié)論，從而破壞系統(tǒng)一致性。

拜占庭是古代東羅馬帝國(guó)的首都，由于當(dāng)時(shí)帝國(guó)的國(guó)土幅員遼闊，為了達(dá)到防御的目的，因此每個(gè)軍隊(duì)都分散駐守，將軍與將軍之間只能依靠郵差進(jìn)行通信。當(dāng)戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)生時(shí)，所有將軍需要達(dá)成一致的共識(shí)共同出擊才能取得成功，否則就會(huì)失敗。但是軍隊(duì)內(nèi)部可能存在叛徒或間諜，因此將軍們需要一種機(jī)制保證所有的將軍都對(duì)進(jìn)攻的時(shí)間有一個(gè)相同的認(rèn)識(shí)，也就是——即使信使真的有奸細(xì)，而且他采用了任何他能想到的措施，其余忠誠(chéng)的將軍也可以在不受叛徒的影響下達(dá)成一致的協(xié)議。

OK區(qū)塊鏈工程院認(rèn)為，這是區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制產(chǎn)生的根源所在，共識(shí)”就是在一個(gè)由多方組成的系統(tǒng)中，在某一個(gè)步驟中讓一個(gè)系統(tǒng)中所有的節(jié)點(diǎn)對(duì)一個(gè)值達(dá)成一致。

也就是說(shuō)，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，每一個(gè)共識(shí)機(jī)制都需要回答下面的問(wèn)題（包括但不限于）：

What——下一個(gè)區(qū)塊應(yīng)包含哪些交易？

Who——下一個(gè)區(qū)塊應(yīng)該由誰(shuí)來(lái)生成？

When——下一個(gè)區(qū)塊應(yīng)該何時(shí)產(chǎn)生？

Evolution——如何升級(jí)共識(shí)協(xié)議？

Immunity——如何解決交易歷史的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題？

OK區(qū)塊鏈工程院認(rèn)為，共識(shí)機(jī)制的目標(biāo)就是找到這些問(wèn)題的答案，并確保其健壯性以抵制攻擊者試圖獲得網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。實(shí)際上，獲得控制就意味著獲得了單方面審查交易的能力。共識(shí)機(jī)制也應(yīng)當(dāng)能健壯地抵御攻擊者利用在不同計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)中的臨時(shí)不一致性獲取好處。

共識(shí)機(jī)制可以解什么問(wèn)題？

在回答共識(shí)”究竟能解決什么問(wèn)題之前，我們必須了解兩個(gè)在分布式系統(tǒng)中已經(jīng)被證明的結(jié)論：CAP定理和FLP不可能性定理。

CAP定理指的是在一個(gè)分布式系統(tǒng)中，在Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分區(qū)容錯(cuò)性）中，最多只能實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)，不可三者兼得。

其中，一致性代要求在分布式系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，在同一時(shí)刻達(dá)到同樣的值，也就是說(shuō)所有節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)同一分最新的數(shù)據(jù)副本;可用性要求，系統(tǒng)中部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障以后，系統(tǒng)整體可以正常相應(yīng)，不被故障節(jié)點(diǎn)影響;分區(qū)容錯(cuò)性則要求，系統(tǒng)如果不能在時(shí)限內(nèi)達(dá)成數(shù)據(jù)的一致性，就必須在C和A之間做出選擇。

FLP不可能性定理則是指，對(duì)于允許節(jié)點(diǎn)失效情況下，純粹異步系統(tǒng)無(wú)法確保一致性在有限時(shí)間內(nèi)完成。

OK區(qū)塊鏈工程院認(rèn)為，F(xiàn)LP不可能性定理已經(jīng)證明，在一個(gè)異步網(wǎng)絡(luò)中我們永遠(yuǎn)也達(dá)不成一致。而CAP定理，則讓我們?cè)谠O(shè)計(jì)算法時(shí)所有傾向，是使用CP算法（高一致性算法），還是AP算法（高可用算法）。

共識(shí)算法本身可以描述為在某一個(gè)步驟中讓一個(gè)系統(tǒng)中所有的節(jié)點(diǎn)對(duì)一個(gè)值達(dá)成一致，即使系統(tǒng)中存在故障, 我們也要忽略掉這些故障節(jié)點(diǎn)的噪音讓整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)正確運(yùn)行, 而問(wèn)題的難點(diǎn)就在于在一個(gè)異步網(wǎng)絡(luò)中將這些噪音降到最小。

不得不談的去中心化

至此，我們可以清晰地看到一些區(qū)別所在：

在一個(gè)中心化的結(jié)構(gòu)體系中，整個(gè)系統(tǒng)的共識(shí)可以由中心來(lái)決定，各個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要接受中心所下達(dá)的命令”即可，這也是中心化系統(tǒng)運(yùn)作更加高效的原因所在。而在去中心的體系中，所有參與系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)是處于一個(gè)平等的地位，當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)分歧時(shí)，就需要依靠設(shè)計(jì)巧妙的共識(shí)機(jī)制來(lái)使其順利地運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

因此，共識(shí)機(jī)制也被很多人稱作是去中心化系統(tǒng)的核心靈魂所在，二者相輔相成、缺一不可。只有在保證去中心化的前提下共識(shí)才能保持一致，如果確保共識(shí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較小或者受到中心化的控制，那么就很容易被攻擊。

在OK區(qū)塊鏈工程院看來(lái)，判斷一個(gè)協(xié)議是不是去中心化，需要看這個(gè)協(xié)議能不能在全部節(jié)點(diǎn)都永久性刪除后，僅依靠一個(gè)節(jié)點(diǎn)仍然能夠恢復(fù)過(guò)來(lái)正常運(yùn)作。如同一個(gè)菌絲體借助單細(xì)胞就能恢復(fù)過(guò)來(lái)一樣。我們稱之為完全去中心化，但逃脫不了生物學(xué)界的一個(gè)事實(shí)，多細(xì)胞生物比單細(xì)胞生物更高級(jí)，即以損失一定程度的去中心化為代價(jià)。

其實(shí)，我們?cè)谟懻撘粋€(gè)項(xiàng)目是不是去中心化的時(shí)候，有所爭(zhēng)議的往往是此節(jié)。比如對(duì)于EOS這種DPOS共識(shí)機(jī)制是否是去中心化的爭(zhēng)論：

提問(wèn)方問(wèn)的是系統(tǒng)治理的去中心化程度，而回答者則回答其他兩者的去中心化程度。如此溝通如何達(dá)成一致？因此我們有對(duì)去中心化分層的必要，并從以下三個(gè)層面來(lái)理解去中心化：

首先是系統(tǒng)部署的去中心化。在現(xiàn)實(shí)世界中，基于docker（一個(gè)開源的應(yīng)用容器引擎）等虛擬技術(shù)和運(yùn)用這些技術(shù)的云計(jì)算平臺(tái)，以下三個(gè)問(wèn)題往往很難拆分：

①系統(tǒng)有多少節(jié)點(diǎn)組成？

②部署在幾臺(tái)物理計(jì)算機(jī)中？

③分?jǐn)?shù)多少個(gè)地區(qū)？

但是最終我們想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部署去中心化的目的是一樣的，就是降低同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)崩潰的數(shù)量，例如地震、海嘯、云平臺(tái)安全事件等。

其次是系統(tǒng)邏輯去中心化;在系統(tǒng)的運(yùn)行流程中，這個(gè)系統(tǒng)是由一種角色組成？還是多種角色合作組成？或者說(shuō)，是由一臺(tái)完整的單一設(shè)備組成，還是多種不同種類的設(shè)備組裝的小組？舉個(gè)例子，針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)，我們?cè)谌我庖粋€(gè)時(shí)刻，將系統(tǒng)分成2份，系統(tǒng)都能完整的獨(dú)立運(yùn)行下去么？如果以后兩部分又合二為一了，系統(tǒng)還能正常運(yùn)行么？

第三，系統(tǒng)治理去中心化;針對(duì)一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目，有兩個(gè)重要的權(quán)限控制：系統(tǒng)修改權(quán)限和系統(tǒng)數(shù)據(jù)權(quán)限。針對(duì)系統(tǒng)修改權(quán)限，有多少個(gè)人或者組織，對(duì)組成系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)擁有最終的控制權(quán)？針對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)權(quán)限，權(quán)限控制是否虧歸屬于每個(gè)個(gè)體？有多少涉及管理，查看非自身數(shù)據(jù)的權(quán)限？以及如何制定權(quán)利邊界？

其實(shí)，我們不僅需要對(duì)區(qū)塊鏈的去中心化進(jìn)行分層理解，更重要的是，目前區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了2019年，從某種程度上講，單純用中心化”和去中心化”無(wú)法準(zhǔn)確的描述我們目前所用到的方案。