區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制有哪些？
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無(wú)為不入世9星評(píng)價(jià)
2020-09-24 10:30:50
區(qū)塊鏈?zhǔn)亲罱浅；鸬脑~，但是你知道區(qū)塊鏈?zhǔn)侨绾瓮瓿扇ブ行幕墓沧R(shí)的么?沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，依然能夠有效的做出決策。答案在于共識(shí)機(jī)制，區(qū)塊鏈有各種各樣的共識(shí)機(jī)制，但它們都具有相同的目的，為了確保記錄的真實(shí)性和完整性。我們將探索三種類(lèi)型的共識(shí)機(jī)制。
首先，讓我們來(lái)看看工作證明(Proof-of-Work)。在Proof-of-Work系統(tǒng)中，交易數(shù)據(jù)以區(qū)塊的形式存儲(chǔ)在一起，通過(guò)讓人們解決附加在上面的一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)驗(yàn)證。這通常是由強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)完成的，被稱(chēng)為 “挖礦"。有些迷惑?好吧，我們來(lái)分析一下。想象一下，一群尋寶者試圖打開(kāi)一個(gè)箱子，上面有一把復(fù)雜的鎖，計(jì)算出正確的組合是很繁瑣的，但第一個(gè)這樣做的人將獲得獎(jiǎng)勵(lì)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，工作證明是一場(chǎng)比賽，以找出在寶箱上的正確組合，像比特幣和Ethereum這樣的加密貨幣使用的是工作證明機(jī)制。
接下來(lái)，我們有了POS(Proof-of-Stake)。在這里，一個(gè)新區(qū)塊的創(chuàng)造者，也就是驗(yàn)證者，是根據(jù)他們投入網(wǎng)絡(luò)的股權(quán)多少隨機(jī)選擇的。意思是說(shuō)，投入的股權(quán)越高，被選為驗(yàn)證者的機(jī)會(huì)就越大。讓我們把它應(yīng)用到寶箱的場(chǎng)景中，想象一群尋寶者在爭(zhēng)奪一個(gè)箱子，箱子的獎(jiǎng)勵(lì)是基于抽獎(jiǎng)系統(tǒng)。為了參與，每個(gè)獵人都要購(gòu)買(mǎi)彩票，每個(gè)獵人買(mǎi)的越多，中獎(jiǎng)的機(jī)會(huì)就越大。像ADA和EOS這樣的區(qū)塊鏈協(xié)議，采納Proof-of-Stake的共識(shí)。
最后，Proof-of-Authority，Proof-of-Stake的一種修改形式，在這里，只有被批準(zhǔn)的各方可以成為驗(yàn)證者。我們?cè)賮?lái)看看寶箱的場(chǎng)景，這群尋寶者組成一個(gè)聯(lián)盟，將他們的寶物集中起來(lái)，根據(jù)他們的信任程度，挑選出少數(shù)幾個(gè)人成為由該集團(tuán)指定，以確保全部?jī)?nèi)容的有效性。
IBM的Hyperledger Fabric，是一些使用POA的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的例子。雖然傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈存在于單一的共識(shí)機(jī)制上，一些創(chuàng)新的正在采用多種共識(shí)協(xié)議。以O(shè)pet基金會(huì)為例，他們正在建立一個(gè)獨(dú)特的區(qū)塊鏈來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器人收集學(xué)生的學(xué)業(yè)水平、課外活動(dòng)、和個(gè)性特征分析等記錄存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，并且由采用POA共識(shí)機(jī)制的Hyperledger Fabric提供支持驗(yàn)證。POA驗(yàn)證者在這種情況下，可以是著名的教育機(jī)構(gòu)，甚至國(guó)家的教育部門(mén)，這有助于確保所有學(xué)生數(shù)據(jù)的可信度。
但是誰(shuí)會(huì)免費(fèi)工作呢?因此，pow的共識(shí)開(kāi)始發(fā)揮作用，獎(jiǎng)勵(lì)完成工作的驗(yàn)證者。通過(guò)Hyperledger Fabric，每個(gè)學(xué)生記錄都是安全的，與學(xué)生擁有的私人哈希密鑰。只有當(dāng)學(xué)生提供唯一的密鑰時(shí)，數(shù)據(jù)才能被訪(fǎng)問(wèn)。這意味著學(xué)生的隱私被保留下來(lái)，由學(xué)生自己控制。例如，當(dāng)學(xué)生通過(guò)Opet的平臺(tái)申請(qǐng)大學(xué)時(shí)，他們將向大學(xué)提供其記錄的唯一密鑰，有了它，大學(xué)將能夠訪(fǎng)問(wèn)他們最新的學(xué)術(shù)記錄，學(xué)生還可以查看自己的記錄是否已被解鎖。這與傳統(tǒng)方法相比，這提高了效率和透明度。通過(guò)將工作證明和授權(quán)證明模式相結(jié)合，opet基金會(huì)的區(qū)塊鏈解決方案確保了學(xué)生數(shù)據(jù)上的隱私，pow在激勵(lì)教育機(jī)構(gòu)的同時(shí)和學(xué)生向Opet平臺(tái)提供數(shù)據(jù)。
隨著區(qū)塊鏈的普及，我們會(huì)看到更多獨(dú)特的混合共識(shí)機(jī)制和實(shí)際的應(yīng)用。
汪鋒~曦馳系10星評(píng)價(jià)
2020-08-04 10:34:00
現(xiàn)有區(qū)塊鏈項(xiàng)目的主要共識(shí)機(jī)制為由比特幣系統(tǒng)首創(chuàng)的工作量證明機(jī)制POW和由點(diǎn)點(diǎn)幣系統(tǒng)首創(chuàng)的權(quán)益證明機(jī)制 POS以及少部分項(xiàng)目采用修改后的BFT(拜占庭容錯(cuò))的共識(shí)機(jī)制。
一、POW機(jī)制
POW的全稱(chēng)為Proof of Work,翻譯過(guò)來(lái)即“工作證明”或者“工作量證明”。挖礦獲得多少貨幣獎(jiǎng)勵(lì)，取決于挖礦貢獻(xiàn)的有效工作，也就是說(shuō)礦機(jī)的性能越好、挖礦的時(shí)間越長(zhǎng)，所獲得的貨幣獎(jiǎng)勵(lì)就越多。
BTC就是POW機(jī)制下最成功的加密貨幣。POW機(jī)制雖然已經(jīng)成功證明了其長(zhǎng)期穩(wěn)定和相對(duì)公平，但在現(xiàn)有框架下，采用POW的“挖礦”形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運(yùn)算來(lái)保證工作量公平，并沒(méi)有其他的存在意義。而目前BTC所能達(dá)到的交易效率為約5TPS(5筆/秒)，以太坊目前受到單區(qū)塊GAS總額的上限，所能達(dá)到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達(dá)到萬(wàn)次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠(yuǎn)。
二、POS機(jī)制
POS 即權(quán)益證明或者股權(quán)證明，全稱(chēng)為 Proof of Stake。權(quán)益證明模式就是根據(jù)所持有貨幣的量和時(shí)間，來(lái)發(fā)利息的的一個(gè)模式。
POS機(jī)制下較為成熟的數(shù)字貨幣是Peercoin(點(diǎn)點(diǎn)幣)和NXT(未來(lái)幣)，相比于POW，POS機(jī)制節(jié)省了能源，引入了“幣齡”這個(gè)概念來(lái)參與隨機(jī)運(yùn)算。POS機(jī)制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個(gè)工作中去，而不需要額外購(gòu)買(mǎi)設(shè)備(礦機(jī)、顯卡等)。每個(gè)單位代幣的運(yùn)算能力與其持有的時(shí)間長(zhǎng)成正相關(guān)，即持有人持有的代幣數(shù)量越多、時(shí)間越長(zhǎng)，其所能簽署、生產(chǎn)下一個(gè)區(qū)塊的概率越大。一旦其簽署了下一個(gè)區(qū)塊，持幣人持有的“幣齡”即清零，重新進(jìn)入新的循環(huán)。
在POS機(jī)制下，因?yàn)閰^(qū)塊的簽署人由隨機(jī)產(chǎn)生，則一些持幣人會(huì)長(zhǎng)期、大額持有代幣以獲得更大概率地產(chǎn)生區(qū)塊，盡可能多的去清零他的“幣天”。因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的流通代幣會(huì)減少，從而不利于代幣在鏈上的流通，價(jià)格也更易受到波動(dòng)。由于可能會(huì)存在少量大戶(hù)持有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)代幣的情況，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有可能會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而越來(lái)越趨向于中心化。相對(duì)于PoW而言，PoS機(jī)制下作惡的成本很低，因此對(duì)于分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機(jī)制來(lái)保證共識(shí)。穩(wěn)定情況下，每秒大約能產(chǎn)生12筆交易，但因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲及共識(shí)問(wèn)題，需要約60秒才能完整廣播共識(shí)區(qū)塊。長(zhǎng)期來(lái)看，生成區(qū)塊(即清零“幣齡”)的速度遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)傳播和廣播的速度，因此在PoS機(jī)制下需要對(duì)生成區(qū)塊進(jìn)行“限速”，來(lái)保證主網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
所以，由比特股首創(chuàng)的權(quán)益代表證明機(jī)制 DPOS(delegated proof of stake)應(yīng)運(yùn)而生。
三、DPOS機(jī)制
DPOS即授權(quán)股權(quán)證明(delegated proof of stake)。
DPoS機(jī)制要求在產(chǎn)生下一個(gè)區(qū)塊之前，必須驗(yàn)證上一個(gè)區(qū)塊已經(jīng)被受信任節(jié)點(diǎn)所簽署。相比于PoS的“全民挖礦”，DPoS則是利用類(lèi)似“代表大會(huì)”的制度來(lái)直接選取可信任節(jié)點(diǎn)，由這些可信任節(jié)點(diǎn)(即見(jiàn)證人)來(lái)代替其他持幣人行使權(quán)力，見(jiàn)證人節(jié)點(diǎn)要求長(zhǎng)期在線(xiàn)，從而解決了因?yàn)镻oS簽署區(qū)塊人不是經(jīng)常在線(xiàn)而可能導(dǎo)致的產(chǎn)塊延誤等一系列問(wèn)題。DPoS機(jī)制通常能達(dá)到萬(wàn)次每秒的交易速度，在網(wǎng)絡(luò)延遲低的情況下可以達(dá)到十萬(wàn)秒級(jí)別，非常適合企業(yè)級(jí)的應(yīng)用。比如：公信寶數(shù)據(jù)交易所對(duì)于數(shù)據(jù)交易頻率要求高，更要求長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此DPoS是非常不錯(cuò)的選擇。
Finchain是一個(gè)專(zhuān)注于金融行業(yè)商業(yè)應(yīng)用的公有區(qū)塊鏈，商業(yè)應(yīng)用需要低成本和高效率，而金融行業(yè)在其基礎(chǔ)之上更需要高穩(wěn)定性和安全性。所以，F(xiàn)inchain也采用經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)過(guò)的 DPOS 授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制。
四、POI機(jī)制
POI(Proof of Importance)，即重要性證明。
POI算法提供了一種分布更為均勻的挖礦方法。人們既不需要使用更強(qiáng)勁的機(jī)器，也不需要持有更多的股份來(lái)獲取更多的獎(jiǎng)勵(lì)。只需要向整個(gè)經(jīng)濟(jì)體證明自己的重要性來(lái)獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。這樣它也無(wú)須特殊的挖礦硬件，能運(yùn)行在一個(gè)樹(shù)莓派設(shè)備上，因此它省電環(huán)保，有助于解決讓人們頭疼的地球高碳排放帶帶來(lái)的溫室變暖問(wèn)題。很顯然，重要性證明可以解決比特幣生態(tài)中的大量資源浪費(fèi)和挖礦設(shè)備之間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。除此之外，在重要性證明方案下，有錢(qián)并不意味著重要，它更看中的是交易量、活躍度，以及和誰(shuí)做的交易。這些特性可以去除其他所有 POS系統(tǒng)都擁有的弊端，即進(jìn)入讓富者更富這樣的循環(huán)。
重要性證明機(jī)制算法最重要的應(yīng)用是新經(jīng)幣NEM 。一個(gè)NEM用戶(hù)的重要
性取決于他擁有多少數(shù)量的貨幣和他的錢(qián)包交互數(shù)量。相比而言，其他數(shù)字貨
幣并沒(méi)有考慮一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)所有的支持作用。一些工作證明機(jī)制只需要一個(gè)結(jié)點(diǎn)擁有大量的數(shù)字貨幣去形成區(qū)塊，對(duì)于NEM而言，貨幣傳輸?shù)臄?shù)量同樣也是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)支持因素，這會(huì)鼓勵(lì)用戶(hù)不僅是持有NEM,而是積極在NEM系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)展交易。因此，在重要性證明幣種中，酬金是以一種精妙且平衡的方式?jīng)Q定并發(fā)送至用戶(hù)的。
五、POA 機(jī)制
POA (Proof of Asset),即資產(chǎn)證明。
Digix通過(guò)它的資產(chǎn)證明(POA)協(xié)議為實(shí)體資產(chǎn)代幣化和文檔化提供了使用實(shí)例。這是筆者在后面推薦DGX代幣的最重要的原因它誕生于一個(gè)非常有意義的創(chuàng)新項(xiàng)目里。Digix資產(chǎn)證明(POA)認(rèn)證過(guò)程在以太坊上記錄和提供一項(xiàng)資產(chǎn)的審計(jì)跟蹤，用以創(chuàng)建POA資產(chǎn)卡。這些資產(chǎn)卡通過(guò)來(lái)自監(jiān)管鏈參與者(即黃金供應(yīng)商、托管商和審計(jì)商)的連續(xù)數(shù)宇簽名獲得認(rèn)證，數(shù)字簽名進(jìn)一步通過(guò)被提供和上傳到IPFS(星際文件系統(tǒng)所永久保存起來(lái)的購(gòu)買(mǎi)和存儲(chǔ)收據(jù)證明所確認(rèn)。
六、POB 機(jī)制
POB (Proof of Burn),即燒毀證明。
創(chuàng)建新區(qū)塊的人必須為創(chuàng)建新的貨幣支付費(fèi)用。這些費(fèi)用將按照預(yù)先規(guī)定的比例或者算法轉(zhuǎn)換為新的貨幣。合約幣XCP)就是通過(guò)燒毀比特幣而產(chǎn)生。
數(shù)字貨幣算法還有購(gòu)買(mǎi)證明(Proof-of-Purchase)、時(shí)間證明(Proof-of-time)、身份證明(Proof-of-identity)和混合證明(Combining Proofs)等。