區(qū)塊鏈共識(shí)算法是什么？
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小鉆風(fēng)7星評(píng)價(jià)
2020-04-22 15:52:00
在加密貨幣領(lǐng)域中，共識(shí)算法是每個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素，它們負(fù)責(zé)維護(hù)這些分布式系統(tǒng)的完整性和安全性。第一個(gè)被創(chuàng)建出的加密貨幣共識(shí)算法是工作量證明（PoW），它由中本聰設(shè)計(jì)并在比特幣上實(shí)現(xiàn)，用于實(shí)現(xiàn)拜占庭容錯(cuò)。
共識(shí)算法
共識(shí)算法可以被定義為使區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)達(dá)成共識(shí)的機(jī)制。公共（去中心化的）區(qū)塊鏈?zhǔn)亲鳛榉植际较到y(tǒng)來(lái)構(gòu)建的，由于它們不依賴于一個(gè)中央權(quán)威，因此分散的節(jié)點(diǎn)需要就交易的有效與否達(dá)成一致。這就是共識(shí)算法發(fā)揮作用的地方，確保所有節(jié)點(diǎn)都遵守協(xié)議規(guī)則并保證所有交易都以可靠的方式進(jìn)行，即每個(gè)貨幣都只能花一次。
在深入研究不同類型的共識(shí)算法之前，先了解算法和協(xié)議之間的差異非常重要。
共識(shí)算法與協(xié)議
算法和協(xié)議作為術(shù)語(yǔ)經(jīng)常會(huì)被互換使用，但它們并非同一回事。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們可以將協(xié)議定義為區(qū)塊鏈的主要規(guī)則，而將算法定義為遵循這些規(guī)則的機(jī)制。
除了金融系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以應(yīng)用于各種各樣的業(yè)務(wù)，并且可以適用于不同的用例。但無(wú)論什么情景，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)都將建立在一個(gè)協(xié)議之上，該協(xié)議將定義系統(tǒng)應(yīng)該如何工作，因此系統(tǒng)的所有不同部分和網(wǎng)絡(luò)的所有參與者都需要遵循規(guī)則。
雖然協(xié)議確定了規(guī)則是什么，但算法告訴系統(tǒng)采取哪些步驟來(lái)遵守這些規(guī)則并最終產(chǎn)生所需的結(jié)果。例如，區(qū)塊鏈的共識(shí)算法決定了交易和區(qū)塊的有效性。因此，比特幣和以太坊是協(xié)議，而工作量證明和權(quán)益證明是它們的共識(shí)算法。
進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，比特幣協(xié)議定義了節(jié)點(diǎn)間應(yīng)如何交互，數(shù)據(jù)應(yīng)如何在它們之間傳輸，以及區(qū)塊驗(yàn)證成功的要求是什么。另一方面，公式算法負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)驗(yàn)證余額和簽名，確認(rèn)交易，以及實(shí)際執(zhí)行區(qū)塊驗(yàn)證 - 所有這些都取決于網(wǎng)絡(luò)共識(shí)。
不同類型的共識(shí)算法
有幾種類型的共識(shí)算法。最常見(jiàn)的是工作量證明（PoW）和權(quán)益證明（PoS）。在嘗試平衡安全性與功能性和可擴(kuò)展性時(shí)，每個(gè)方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
工作量證明（PoW）
工作量證明是第一個(gè)被建立的共識(shí)算法。它被比特幣和許多其他加密貨幣所采用。工作量證明算法是挖礦過(guò)程的重要組成部分。
工作量證明挖礦涉及到大量哈希（算力）的（挖礦）嘗試，因此更多的算力意味著每秒更多的嘗試。換句話說(shuō)，哈希率的礦工有更多機(jī)會(huì)找到下一個(gè)區(qū)塊（也叫做塊哈希）的解。如果網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)并且確認(rèn)礦工提供的塊哈希是有效的工作證明，則工作量證明共識(shí)算法確保該礦工僅能夠驗(yàn)新區(qū)塊里的交易并將其添加到區(qū)塊鏈。
權(quán)益證明（PoS）
作為工作量證明的替代方案，權(quán)益證明共識(shí)算法在2011年被提出。盡管工作量證明和權(quán)益證明有著相同的目標(biāo)，但它們存在根本的差異性特殊性。特別是驗(yàn)證新塊的過(guò)程。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，權(quán)益證明共識(shí)算法用一種機(jī)制來(lái)取代工作量證明的挖礦，期中區(qū)塊根據(jù)參與者的質(zhì)押的幣而驗(yàn)證。每個(gè)區(qū)塊的驗(yàn)證者（也稱為鑄造者或者鑄幣者）由本身的加密貨幣投資決定，而不是分配的算力數(shù)量。每個(gè)權(quán)益證明系統(tǒng)可以以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該算法，但是通常來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈由隨機(jī)的選舉過(guò)程保護(hù)，該過(guò)程考慮了節(jié)點(diǎn)的財(cái)富、幣齡（幣被鎖定或者是質(zhì)押的時(shí)間）以及隨機(jī)因素。
以太坊區(qū)塊鏈目前基于工作量共識(shí)算法，但是最終Casper協(xié)議將被推出以將網(wǎng)絡(luò)從工作量共識(shí)切換到權(quán)益共識(shí)，以嘗試增加網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。
為什么共識(shí)算法對(duì)于加密貨幣至關(guān)重要
就如同前面所說(shuō)，共識(shí)算法對(duì)于維護(hù)加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的完整性和安全性至關(guān)重要。它們提供了一種分布式節(jié)點(diǎn)就正確版本的區(qū)塊鏈達(dá)成共識(shí)的方法。對(duì)當(dāng)前的區(qū)塊鏈狀態(tài)達(dá)成共識(shí)對(duì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的正常運(yùn)作至關(guān)重要。
工作量證明共識(shí)算法被認(rèn)為是拜占庭將軍問(wèn)題的最佳解決方案之一，它可以將比特幣創(chuàng)建為拜占庭容錯(cuò)系統(tǒng)。這意味著比特幣對(duì)攻擊具有很強(qiáng)的抵抗力，例如51%的攻擊（或多數(shù)攻擊）。不僅僅因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)是去中心化的，而且還因?yàn)楣ぷ髁孔C明算法。挖礦過(guò)程中涉及的高成本使礦工很難并且不太可能投入資源來(lái)破壞網(wǎng)絡(luò)。
悠然玉兔5星評(píng)價(jià)
2020-04-22 15:52:39
區(qū)塊鏈共識(shí)算法是什么?
共識(shí)機(jī)制就是用來(lái)解決分布式系統(tǒng)的一致性問(wèn)題，其核心為在某個(gè)協(xié)議(共識(shí)算法)保障下，在有限的時(shí)間內(nèi)，使得指定操作在分布式網(wǎng)絡(luò)中是一致的、被承認(rèn)的、不可篡改的。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，特定的共識(shí)算法用于解決去中心化多方互信的問(wèn)題。
其實(shí)簡(jiǎn)單理解就是達(dá)成一致?，F(xiàn)實(shí)生活中很多場(chǎng)景是需要達(dá)成一致的。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須讓自己的賬本和其他節(jié)點(diǎn)的賬本保持一致。而中心化世界里，這幾乎不可能，因?yàn)橛幸粋€(gè)中心服務(wù)器存在。
共識(shí)算法有幾類?
在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，共識(shí)算法則通過(guò)經(jīng)濟(jì)利益的博弈，來(lái)鼓勵(lì)對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)及提高不可信節(jié)點(diǎn)的作惡成本。常用算法如PoW、PoS、DPoS等，不同的算法，其實(shí)就是不同的游戲玩法。
PoW(Proof of Work，工作量證明)—主要代表：比特幣所謂的比特幣挖礦就是通過(guò)計(jì)算符合某一個(gè)比特幣區(qū)塊頭的哈希散列值爭(zhēng)奪記賬權(quán)。這個(gè)過(guò)程需要通過(guò)大量的計(jì)算實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單理解就是你進(jìn)行的計(jì)算量大(工作量大)，你就有大概率獲得記賬權(quán)。包括：Bitcoin，Ethereum，Litecoin，Zcash。優(yōu)點(diǎn)：隨機(jī)性、公平性好;缺點(diǎn)：耗能。
PoS(Proof of Stake，權(quán)益證明)—主要代表：點(diǎn)點(diǎn)幣簡(jiǎn)單理解就是根據(jù)資產(chǎn)的多寡分配獲取記賬權(quán)的概率，類似股份公司中的股東。包括：Ethereum-PoS，Tendermint，Algorand，EOS DPoS，DFINITY，VBFT。優(yōu)點(diǎn)：攻擊更昂貴，性能效率高;缺點(diǎn)：權(quán)利集中。
DPoS(Delegate Proof of Stake，委托權(quán)益證明)—主要代表：EOSPoS的改進(jìn)，通過(guò)社區(qū)選舉產(chǎn)生記賬者，類似股份公司中的董事會(huì)。如：Steemit， EOS， bitshare優(yōu)點(diǎn)：廉價(jià)的交易，可伸縮的;缺點(diǎn)：目前部分集中。
為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的研究集中于優(yōu)化系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、運(yùn)行效率、容錯(cuò)性等方面。在新興的區(qū)塊鏈方案中，會(huì)將各種共識(shí)機(jī)制結(jié)合使用，例如在分層/分片方案中，最上層的主鏈?zhǔn)褂肞oW機(jī)制以確保全局共識(shí)的有效性并用來(lái)對(duì)抗女巫攻擊，而在相對(duì)小范圍的分片中，使用PoS或者BFT算法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效率的共識(shí)。典型的案例包括未來(lái)引入基于校驗(yàn)器管理和約分片方案的以太坊以及Zilliqa等。盡管這些方案尚未落地驗(yàn)證，但他們代表了未來(lái)區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。
共識(shí)算法發(fā)展歷程：
從歷史上看，共識(shí)算法起源于多處理器計(jì)算的研究;它們解決的是處理器可能出現(xiàn)故障(即變得無(wú)響應(yīng))時(shí)的全局狀態(tài)問(wèn)題。在這些情況下通信是同步的，即受一些已知的時(shí)間上限。
后來(lái)，隨著電信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了另外兩個(gè)問(wèn)題：未知的通信延遲和對(duì)手的存在。前者導(dǎo)致了部分新的研究同步和異步共識(shí)算法和創(chuàng)建算法可以容忍任意代理行為(拜占庭行為)——即所謂的拜占庭容錯(cuò)算法(或BFT共識(shí))。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，對(duì)手的問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。如果在多處理器環(huán)境或電信基礎(chǔ)設(shè)施中可以識(shí)別每個(gè)代理，那么在Internet的許多情況下就不能這樣做。因此，出現(xiàn)了一種新的公共(或無(wú)許可)共識(shí)，共識(shí)算法必須成為一種協(xié)議，其中嵌入了識(shí)別和排除拜占庭式代理的規(guī)則和程序——就像一些附帶機(jī)制降低了此類代理進(jìn)一步參與協(xié)議的經(jīng)濟(jì)能力一樣。這種制度以POW 和POS的名義引起了公眾的注意。我們將以經(jīng)濟(jì)激勵(lì)(BFT- ei)命名這些協(xié)議。在許多情況下，異步性和無(wú)許可性要求犧牲其他共識(shí)品質(zhì)，比如決定論或適用于領(lǐng)導(dǎo)人選舉場(chǎng)景的能力。
共識(shí)算法應(yīng)用：
通常，共識(shí)算法用于解決以下問(wèn)題：
· 領(lǐng)袖選舉(在所有共識(shí)參與者中選擇代理人，有權(quán)更新系統(tǒng)的全球狀態(tài))
· 原子交換(不能根據(jù)事件的內(nèi)部屬性確定其順序事件的確切順序)
· 狀態(tài)復(fù)制(維護(hù)所有或大多數(shù)代理共享的全局狀態(tài))
總體來(lái)說(shuō)，主流共識(shí)算法逐漸由PoW轉(zhuǎn)向PoS共識(shí)算法，出現(xiàn)POW和POS混合的趨勢(shì)，POW的公平性和POS的效率得到融合補(bǔ)充。但即便是每種加密貨幣背后都有一種偉大的共識(shí)算法，沒(méi)有一種共識(shí)算法是完美的，各有優(yōu)缺點(diǎn)。隨著區(qū)塊鏈項(xiàng)目越來(lái)越多，而共識(shí)算法也會(huì)不斷改進(jìn)。