從PoS到dBFT：淺析共識(shí)協(xié)議
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恩賜解脫6星評(píng)價(jià)
2020-04-30 13:48:21
盡管區(qū)塊鏈和加密貨幣社區(qū)仍然因?qū)^(qū)塊鏈的信仰而團(tuán)結(jié)在一起，但他們之間卻存在著一個(gè)巨大的分歧——共識(shí)協(xié)議。雖然工作量證明協(xié)議（PoW）仍然是比特幣和許多其他平臺(tái)的首選，但圍繞著權(quán)益證明協(xié)議（PoS）及其它新興共識(shí)協(xié)議的爭(zhēng)論仍然劍拔弩張。
工作量證明（PoW）
作為共識(shí)協(xié)議的鼻祖和中本聰?shù)膭?chuàng)意，工作量證明協(xié)議的設(shè)定使礦工通過(guò)解決復(fù)雜的密碼難題來(lái)獲得比特幣或通證形式的獎(jiǎng)勵(lì)。
優(yōu)點(diǎn)
作為最早的協(xié)議，PoW已經(jīng)證明了其抵御內(nèi)部和外部攻擊的能力。
缺點(diǎn)
PoW受到人們指責(zé)主要有以下幾個(gè)原因。
首先，比特幣的能源消耗非常大，據(jù)估計(jì)，比特幣網(wǎng)絡(luò)等同于159個(gè)國(guó)家的總耗電量。比特幣的批評(píng)者Andrew Tayo等人指出，這其中有很大一部分能源都被浪費(fèi)了，因?yàn)椴还苡卸嗌偃藚⑴c到挖比特幣的競(jìng)爭(zhēng)中來(lái)，每個(gè)區(qū)塊最終只能由一名礦工挖出。
其次，比特幣目前主要使用ASIC礦機(jī)進(jìn)行挖礦，換一句話(huà)說(shuō)，比特幣挖礦主要由Bitmain等大型操作公司來(lái)主導(dǎo)，這些公司能夠負(fù)擔(dān)得起大規(guī)模挖礦所需的硬件設(shè)施。這種做法將挖礦業(yè)的權(quán)力集中到了少數(shù)人的手中，因此社區(qū)中有一部分人將比特幣稱(chēng)為中心化貨幣。盡管像Vertcoin等加密貨幣試圖通過(guò)定期變化算法的方式來(lái)保持對(duì)ASIC的抵抗力，但前提是它們必須要在ASIC制造商生產(chǎn)出新型礦機(jī)之前調(diào)整算法。
采用情況
比特幣，萊特幣，Zcash和Ethereum Classic，以及其他一些最流行的加密貨幣都采用了PoW共識(shí)協(xié)議。
權(quán)益證明（PoS）
PoS最初的設(shè)想是為了避免PoW眾所周知的問(wèn)題，比如能源消耗。在PoS模型中，那些持有區(qū)塊鏈通證的人可以把賭注押在下一個(gè)區(qū)塊是否是正確產(chǎn)出的區(qū)塊上。如果是正確區(qū)塊的話(huà)，他們就會(huì)得到獎(jiǎng)勵(lì)。但是相反，如果有人在一個(gè)被證明包含欺詐交易的區(qū)塊上下注，那么他們的賭注將會(huì)被扣除”。
優(yōu)點(diǎn)
PoS消耗的能量比PoW少。PoS還在積極懲罰不誠(chéng)實(shí)行為，阻止驗(yàn)證者的欺詐行為。
缺點(diǎn)
由于驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)不提供計(jì)算能力（即所謂的無(wú)利害關(guān)系”問(wèn)題），PoS區(qū)塊鏈可能比PoW有更多的分叉風(fēng)險(xiǎn)。此外，PoS有利于擁有最多通證的人，這也可能會(huì)進(jìn)一步增加它的中心化。比較明顯的例子就是基于PoS的NXT，它的最大持有者已經(jīng)獲得了超過(guò)90%的通證。
采用情況
使用純PoS算法的項(xiàng)目有Reddcoin、Decred和NavCoin。PoW的算法問(wèn)題導(dǎo)致以太坊從原來(lái)的純PoW驅(qū)動(dòng)變成現(xiàn)在開(kāi)始采用Casper，一種PoW/PoS的混合共識(shí)機(jī)制。
PoW與PoS的比較
由于比特幣和以太坊的市場(chǎng)主導(dǎo)地位，圍繞共識(shí)協(xié)議的爭(zhēng)論似乎也都常常圍繞著PoW和PoS展開(kāi)。
其實(shí)，人們關(guān)于挖礦算法展開(kāi)激烈辯論的是中心化與去中心化的問(wèn)題，而不是選擇PoS還是PoW的問(wèn)題。ASIC有助于激勵(lì)挖礦的中心化，為了克服這一問(wèn)題，一些PoW網(wǎng)絡(luò)通過(guò)周期性地改變挖礦算法。PoS網(wǎng)絡(luò)的情況與此類(lèi)似，一些網(wǎng)絡(luò)選擇了對(duì)驗(yàn)證器數(shù)量進(jìn)行限制的共識(shí)機(jī)制，從而希望提供更大的交易吞吐量。
然而我們必須了解到，PoW和PoS并不是唯一的共識(shí)模式，那還有其他的選擇么？
股份權(quán)益證明（dPoS）
股份權(quán)益證明由Steem和EOS的首席技術(shù)官Daniel Larimer發(fā)明的，它們都使用了dPoS。dPoS允許網(wǎng)絡(luò)投票給見(jiàn)證人（witness）”，他們將達(dá)成增加下一個(gè)區(qū)塊的共識(shí)。與標(biāo)準(zhǔn)的PoS模型類(lèi)似，網(wǎng)絡(luò)參與者的投票權(quán)重由他們所持有的網(wǎng)絡(luò)通證數(shù)量決定。
優(yōu)點(diǎn)
dPoS中達(dá)成共識(shí)的參與者越少，決策的速度就越快。通過(guò)避免使用ASIC，它促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的去中心化。
缺點(diǎn)
見(jiàn)證人”的使用意味著永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的去中心化。你可以考慮一下完全民主（所有公民對(duì)所有問(wèn)題投票）和代議制民主（選出代表來(lái)代表全體選民發(fā)言）之間的區(qū)別。
Vitalik Buterin對(duì)dPOS提出了批評(píng)，并描述了這種共識(shí)協(xié)議將如何導(dǎo)致兩極分化，即有影響力的選民組成的團(tuán)體最終可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行惡意攻擊。而Larimer在他自己的博客上也寫(xiě)出了加密經(jīng)濟(jì)治理的局限性”來(lái)為自己辯護(hù)。Larimer的結(jié)論是：共識(shí)是網(wǎng)絡(luò)的作用，每個(gè)社區(qū)可能都有自己的‘對(duì)與錯(cuò)’定義，這只能通過(guò)調(diào)查社區(qū)成員主觀意見(jiàn)來(lái)進(jìn)行衡量?！?/p>
采用情況
dPoS適用于Dan Larimer的所有項(xiàng)目，即BitShares、Steem和EOS。
任務(wù)證明（Proof of Assignment，簡(jiǎn)稱(chēng)為PoA）
與dPoS類(lèi)似，PoA模型會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中建立幾個(gè)可信節(jié)點(diǎn)，只有這些節(jié)點(diǎn)才能存儲(chǔ)整個(gè)分類(lèi)帳本。PoA模型允許任何在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）上運(yùn)行、同時(shí)還支持網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行挖礦（它們無(wú)需存儲(chǔ)整個(gè)分類(lèi)賬本）。這一過(guò)程被稱(chēng)為微挖礦（micro-mining）”，它甚至可以使那些聯(lián)網(wǎng)的家用電器來(lái)為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的計(jì)力做貢獻(xiàn)。
優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)利用更大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力，PoA可以在大大減少能耗的情況下處理更快的交易速度。
缺點(diǎn)
PoA仍處于起步階段，需要通過(guò)早期階段證明它的潛力。
采用情況
任務(wù)證明是由IOTW開(kāi)發(fā)的，IOTW是一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目，它旨在將任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備引入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。IOTW創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Fred Leung解釋道：
IOTW的最終目標(biāo)是，為了大量采用區(qū)塊鏈從而將區(qū)塊鏈引入進(jìn)每個(gè)家庭。PoA和微采礦將允許任何連接設(shè)備在不增加硬件成本的情況下進(jìn)行挖礦。普通人將獲得區(qū)塊鏈獎(jiǎng)勵(lì)，因此他們也將進(jìn)一步了解區(qū)塊鏈和加密貨幣。PoA使用的電力會(huì)非常少，因?yàn)樗恍枰M(jìn)行工作量證明。通過(guò)見(jiàn)證協(xié)議，微挖礦將允許具有相同數(shù)量驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的分類(lèi)賬本的數(shù)量顯著減少。
授權(quán)拜占庭容錯(cuò)（dBFT）
dBFT是由NEO團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)來(lái)解決拜占庭將軍問(wèn)題的。該系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)、委托人（誰(shuí)可以批準(zhǔn)區(qū)塊）和發(fā)言人（誰(shuí)提議下一個(gè)區(qū)塊）組成。各種場(chǎng)景說(shuō)明了dBFT協(xié)議有足夠能力來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)不受惡意參與者的影響。
優(yōu)點(diǎn)
NEO的高級(jí)研發(fā)經(jīng)理Malcolm Lerider談到了dBFT協(xié)議：
dBFT是NEO（以前稱(chēng)為Antshares）發(fā)明的，事實(shí)證明它很好用。所有交易在第一次確認(rèn)之后都是100%的最終結(jié)果。區(qū)塊鏈不能使用dBFT進(jìn)行分叉，同時(shí)高價(jià)值鏈上交易執(zhí)行起來(lái)會(huì)快得多，它是基于管理和業(yè)務(wù)用例構(gòu)建的。
缺點(diǎn)
Vitalik認(rèn)為100%的最終結(jié)果總是概率性事件，至少?gòu)恼軐W(xué)角度來(lái)看是這樣的。然而，NEO區(qū)塊鏈還沒(méi)有遭遇任何交易逆轉(zhuǎn)的情況。
采用情況
dBFT被NEO使用。
區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)新型技術(shù)正處于大量開(kāi)發(fā)的背景中。許多關(guān)鍵的因素——比如去中心化的程度——都體現(xiàn)了區(qū)塊鏈技術(shù)的精神核心。至少?gòu)默F(xiàn)在來(lái)看，人們就共識(shí)協(xié)議還沒(méi)有達(dá)成一致。
刺客4星評(píng)價(jià)
2020-04-30 13:57:46
POW：Proof of Work，工作證明。
比特幣在Block的生成過(guò)程中使用了POW機(jī)制，一個(gè)符合要求的Block Hash由N個(gè)前導(dǎo)零構(gòu)成，零的個(gè)數(shù)取決于網(wǎng)絡(luò)的難度值。要得到合理的Block Hash需要經(jīng)過(guò)大量嘗試計(jì)算，計(jì)算時(shí)間取決于機(jī)器的哈希運(yùn)算速度。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)提供出一個(gè)合理的Block Hash值，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)確實(shí)經(jīng)過(guò)了大量的嘗試計(jì)算，當(dāng)然，并不能得出計(jì)算次數(shù)的絕對(duì)值，因?yàn)閷ふ液侠韍ash是一個(gè)概率事件。當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁有占全網(wǎng)n%的算力時(shí)，該節(jié)點(diǎn)即有n/100的概率找到Block Hash。
POS：Proof of Stake，股權(quán)證明。
POS：也稱(chēng)股權(quán)證明，類(lèi)似于財(cái)產(chǎn)儲(chǔ)存在銀行，這種模式會(huì)根據(jù)你持有數(shù)字貨幣的量和時(shí)間，分配給你相應(yīng)的利息。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)根據(jù)你持有貨幣的量和時(shí)間，給你發(fā)利息的一個(gè)制度，在股權(quán)證明POS模式下，有一個(gè)名詞叫幣齡，每個(gè)幣每天產(chǎn)生1幣齡，比如你持有100個(gè)幣，總共持有了30天，那么，此時(shí)你的幣齡就為3000，這個(gè)時(shí)候，如果你發(fā)現(xiàn)了一個(gè)POS區(qū)塊，你的幣齡就會(huì)被清空為0。你每被清空365幣齡，你將會(huì)從區(qū)塊中獲得0.05個(gè)幣的利息(假定利息可理解為年利率5%)，那么在這個(gè)案例中，利息 = 3000 * 5% / 365 = 0.41個(gè)幣，這下就很有意思了，持幣有利息。
DPOS：Delegated Proof of Stake，委任權(quán)益證明
比特股的DPoS機(jī)制，中文名叫做股份授權(quán)證明機(jī)制(又稱(chēng)受托人機(jī)制)，它的原理是讓每一個(gè)持有比特股的人進(jìn)行投票，由此產(chǎn)生101位代表 , 我們可以將其理解為101個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)或者礦池，而這101個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)彼此的權(quán)利是完全相等的。從某種角度來(lái)看，DPOS有點(diǎn)像是議會(huì)制度或人民代表大會(huì)制度。如果代表不能履行他們的職責(zé)(當(dāng)輪到他們時(shí)，沒(méi)能生成區(qū)塊)，他們會(huì)被除名，網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)取代他們。DPOS的出現(xiàn)最主要還是因?yàn)榈V機(jī)的產(chǎn)生，大量的算力在不了解也不關(guān)心比特幣的人身上，類(lèi)似演唱會(huì)的黃牛，大量囤票而絲毫不關(guān)心演唱會(huì)的內(nèi)容。
PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法。
PBFT是一種狀態(tài)機(jī)副本復(fù)制算法，即服務(wù)作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模，狀態(tài)機(jī)在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行副本復(fù)制。每個(gè)狀態(tài)機(jī)的副本都保存了服務(wù)的狀態(tài)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的操作。將所有的副本組成的集合使用大寫(xiě)字母R表示，使用0到|R|-1的整數(shù)表示每一個(gè)副本。為了描述方便，假設(shè)|R|=3f+1，這里f是有可能失效的副本的最大個(gè)數(shù)。盡管可以存在多于3f+1個(gè)副本，但是額外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。
RPCA：Ripple共識(shí)
2013年2月Vitalik Buterin曾詳細(xì)介紹了瑞波幣共識(shí)證明(Proof of Consensus)，但RPCA真正應(yīng)用到算法共識(shí)是在2014年。RPCA每隔幾秒能應(yīng)用到所用節(jié)點(diǎn)，這是十分高效的，可以以此來(lái)維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的有效性和一致性。在整個(gè)社區(qū)中，一旦達(dá)成共識(shí)，當(dāng)前的賬本將會(huì)保存記錄在此之前的所有交易信息，然后關(guān)閉成為最后的賬本。在這個(gè)關(guān)閉的賬本中所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)維護(hù)都是相同的。在瑞波幣共識(shí)證明算法中，節(jié)點(diǎn)能夠人為的干涉投票和維持trust not list 。RPCA的缺點(diǎn)就是易于遭受攻擊，黑客可以偽造node，甚至可以大量擴(kuò)散潛伏，并在某個(gè)時(shí)間突然攻擊所有網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然RPCA優(yōu)勢(shì)就是產(chǎn)生區(qū)塊，Ripple 也不需要大量計(jì)算的。它的維護(hù)成本高，可以人工維護(hù)節(jié)點(diǎn)，但也有改動(dòng)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。自然它可以采用手工干預(yù)，剔除網(wǎng)絡(luò)中不安全節(jié)點(diǎn)。這樣網(wǎng)絡(luò)就分成兩部分。犧牲了自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，保證可信的節(jié)點(diǎn)不被攻擊。
dBFT：小蟻共識(shí)(delegated BFT)，一種改進(jìn)的拜占庭容錯(cuò)算法
小蟻采用的共識(shí)機(jī)制是在Castro 和 Liskov提出的“實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法”(Practical Byzantine Fault Tolerance)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后使其能夠適用于 區(qū)塊鏈系統(tǒng)。拜占庭容錯(cuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在分布式系統(tǒng)中，比如分布式文件系統(tǒng)、分布式協(xié)作系統(tǒng)、云計(jì)算等。
小蟻主要做了以下改進(jìn)：
1)將C/S架構(gòu)的請(qǐng)求響應(yīng)模式，改進(jìn)為適合P2P網(wǎng)絡(luò)的對(duì)等節(jié)點(diǎn)模式;
2)將靜態(tài)的共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)改進(jìn)為可動(dòng)態(tài)進(jìn)入、退出的動(dòng)態(tài)共識(shí)參與節(jié)點(diǎn);
3)為共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生設(shè)計(jì)了一套基于持有權(quán)益比例的投票機(jī)制，通過(guò)投票決定共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)(記賬節(jié)點(diǎn));
4)在區(qū)塊鏈中引入數(shù)字證書(shū)，解決了投票中對(duì)記賬節(jié)點(diǎn)真實(shí)身份的認(rèn)證問(wèn)題;