區(qū)塊鏈共識機制有哪些？怎么樣？
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暈眩的大博7星評價
2020-10-29 10:35:03
現(xiàn)有區(qū)塊鏈項目的主要共識機制為由比特幣系統(tǒng)首創(chuàng)的工作量證明機制POW和由點點幣系統(tǒng)首創(chuàng)的權(quán)益證明機制 POS以及少部分項目采用修改后的BFT(拜占庭容錯)的共識機制。
一、POW機制
POW的全稱為Proof of Work,翻譯過來即“工作證明”或者“工作量證明”。挖礦獲得多少貨幣獎勵，取決于挖礦貢獻的有效工作，也就是說礦機的性能越好、挖礦的時間越長，所獲得的貨幣獎勵就越多。
BTC就是POW機制下最成功的加密貨幣。POW機制雖然已經(jīng)成功證明了其長期穩(wěn)定和相對公平，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的運算來保證工作量公平，并沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS(5筆/秒)，以太坊目前受到單區(qū)塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。
二、POS機制
POS 即權(quán)益證明或者股權(quán)證明，全稱為 Proof of Stake。權(quán)益證明模式就是根據(jù)所持有貨幣的量和時間，來發(fā)利息的的一個模式。
POS機制下較為成熟的數(shù)字貨幣是Peercoin(點點幣)和NXT(未來幣)，相比于POW，POS機制節(jié)省了能源，引入了“幣齡”這個概念來參與隨機運算。POS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設(shè)備(礦機、顯卡等)。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關(guān)，即持有人持有的代幣數(shù)量越多、時間越長，其所能簽署、生產(chǎn)下一個區(qū)塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區(qū)塊，持幣人持有的“幣齡”即清零，重新進入新的循環(huán)。
在POS機制下，因為區(qū)塊的簽署人由隨機產(chǎn)生，則一些持幣人會長期、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”。因此整個網(wǎng)絡(luò)中的流通代幣會減少，從而不利于代幣在鏈上的流通，價格也更易受到波動。由于可能會存在少量大戶持有整個網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)代幣的情況，整個網(wǎng)絡(luò)有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向于中心化。相對于PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對于分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩(wěn)定情況下，每秒大約能產(chǎn)生12筆交易，但因為網(wǎng)絡(luò)延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區(qū)塊。長期來看，生成區(qū)塊(即清零“幣齡”)的速度遠低于網(wǎng)絡(luò)傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區(qū)塊進行“限速”，來保證主網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
所以，由比特股首創(chuàng)的權(quán)益代表證明機制 DPOS(delegated proof of stake)應(yīng)運而生。
三、DPOS機制
DPOS即授權(quán)股權(quán)證明(delegated proof of stake)。
DPoS機制要求在產(chǎn)生下一個區(qū)塊之前，必須驗證上一個區(qū)塊已經(jīng)被受信任節(jié)點所簽署。相比于PoS的“全民挖礦”，DPoS則是利用類似“代表大會”的制度來直接選取可信任節(jié)點，由這些可信任節(jié)點(即見證人)來代替其他持幣人行使權(quán)力，見證人節(jié)點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區(qū)塊人不是經(jīng)常在線而可能導(dǎo)致的產(chǎn)塊延誤等一系列問題。DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網(wǎng)絡(luò)延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業(yè)級的應(yīng)用。比如：公信寶數(shù)據(jù)交易所對于數(shù)據(jù)交易頻率要求高，更要求長期穩(wěn)定性，因此DPoS是非常不錯的選擇。
Finchain是一個專注于金融行業(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)市場檢驗過的 DPOS 授權(quán)股權(quán)證明機制。
四、POI機制
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勁的機器，也不需要持有更多的股份來獲取更多的獎勵。只需要向整個經(jīng)濟體證明自己的重要性來獲取區(qū)塊獎勵。這樣它也無須特殊的挖礦硬件，能運行在一個樹莓派設(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的溫室變暖問題。很顯然，重要性證明可以解決比特幣生態(tài)中的大量資源浪費和挖礦設(shè)備之間的競爭問題。除此之外，在重要性證明方案下，有錢并不意味著重要，它更看中的是交易量、活躍度，以及和誰做的交易。這些特性可以去除其他所有 POS系統(tǒng)都擁有的弊端，即進入讓富者更富這樣的循環(huán)。
重要性證明機制算法最重要的應(yīng)用是新經(jīng)幣NEM 。一個NEM用戶的重要
性取決于他擁有多少數(shù)量的貨幣和他的錢包交互數(shù)量。相比而言，其他數(shù)字貨
幣并沒有考慮一個結(jié)點對網(wǎng)絡(luò)所有的支持作用。一些工作證明機制只需要一個結(jié)點擁有大量的數(shù)字貨幣去形成區(qū)塊，對于NEM而言，貨幣傳輸?shù)臄?shù)量同樣也是對網(wǎng)絡(luò)的一項支持因素，這會鼓勵用戶不僅是持有NEM,而是積極在NEM系統(tǒng)內(nèi)開展交易。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)送至用戶的。
五、POA 機制
POA (Proof of Asset),即資產(chǎn)證明。
Digix通過它的資產(chǎn)證明(POA)協(xié)議為實體資產(chǎn)代幣化和文檔化提供了使用實例。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非常有意義的創(chuàng)新項目里。Digix資產(chǎn)證明(POA)認證過程在以太坊上記錄和提供一項資產(chǎn)的審計跟蹤，用以創(chuàng)建POA資產(chǎn)卡。這些資產(chǎn)卡通過來自監(jiān)管鏈參與者(即黃金供應(yīng)商、托管商和審計商)的連續(xù)數(shù)宇簽名獲得認證，數(shù)字簽名進一步通過被提供和上傳到IPFS(星際文件系統(tǒng)所永久保存起來的購買和存儲收據(jù)證明所確認。
六、POB 機制
POB (Proof of Burn),即燒毀證明。
創(chuàng)建新區(qū)塊的人必須為創(chuàng)建新的貨幣支付費用。這些費用將按照預(yù)先規(guī)定的比例或者算法轉(zhuǎn)換為新的貨幣。合約幣XCP)就是通過燒毀比特幣而產(chǎn)生。
數(shù)字貨幣算法還有購買證明(Proof-of-Purchase)、時間證明(Proof-of-time)、身份證明(Proof-of-identity)和混合證明(Combining Proofs)等。
夏亮@mar6星評價
2020-10-26 10:39:30
區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)是P2P分布式網(wǎng)絡(luò)，加密算法，共識機制等。在這些基礎(chǔ)的技術(shù)中，共識機制的重要性是不言而喻的。目前主要幾類共識算法如下：PoW、PoS、DPoS、Ripple Consensus、Pool驗證池。
以下將逐一簡單介紹這些機制內(nèi)容：
第一：工作量證明
工作量證明(簡稱PoW)通常只能是結(jié)果證明，檢測結(jié)果是比較低效且繁瑣的。它依賴機器進行數(shù)學(xué)運算來獲取記賬權(quán)，資源消耗較大,雖然共識機制高，但可監(jiān)管性弱，而且每次達成共識需要全網(wǎng)共同參與運算，性能效率較低，可允許全網(wǎng)50%節(jié)點出錯。
優(yōu)點：完全去中心化，節(jié)點可自由進出。
缺點：(1)因BTC已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其他區(qū)塊鏈如果再使用PoW共識機制就很難獲得相同的算力來保證安全;
(2)造成大量的資源浪費;
(3)共識達成的周期較長。
第二：權(quán)益證明
權(quán)益證明(簡稱PoS)的主要理念是節(jié)點記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點持有的權(quán)益成反比，與 PoW相比，它減少了數(shù)學(xué)運算帶來的資源浪費，性能也得到相應(yīng)的提升，但依然是基于哈希運算，競爭獲取記賬權(quán)，可監(jiān)管性較弱。
對于容錯性方面則與PoW相同，它又是PoW的一種升級。根據(jù)每個節(jié)點所占代幣的比例和時間，等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數(shù)的速度。
優(yōu)點：縮短了共識達成時間，不再需要大量消耗電力去挖礦;
缺點：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決應(yīng)用商業(yè)上的痛點;所有的確認都只是在一個概率上的表達，而不是一個確定性的事情。所以，理論上存在被攻擊的可能。
第三：股份授權(quán)證明
股份授權(quán)證明(DPoS)與PoS的主要區(qū)別在于節(jié)點選舉若干個代理人，由代理人驗證和記賬，但其監(jiān)管、性能、資源消耗和容錯性與POS相似。通俗的理解類似于董事會投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點，由節(jié)點進行代理驗證和記賬。
整個投票的模式是：成為代表----授權(quán)投票----保持代表誠實----抵抗攻擊
優(yōu)點：大幅縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數(shù)量，可以達到秒級的共識驗證。
缺點：共識機制還是需要代幣而很多商業(yè)是不需要代幣的。
第四：投注共識
投注共識是屬于PoS。Casper的共識是按區(qū)塊達成的，而不是像PoS那樣按鏈達成的。它有特殊的懲罰機制，比如：如果您兩次的投注序號一樣，或者說您提交了一個無法讓Casper依照合約處理的投注，您將失去所有的保證金。這是為了驗證人在不同的世界中提供不同的投注，從而可以遏制非法節(jié)點惡意攻擊網(wǎng)絡(luò)，讓其得不到交易費并沒收保證金，大大提升非法節(jié)點的攻擊風(fēng)險。
Casper協(xié)議下的驗證人需要完成出塊和投注兩個活動，具體如下：出塊是一個獨立于其他所有事件而發(fā)生的過程，驗證人收集交易，當(dāng)輪到他們出塊的時間時，他們就制造一個區(qū)塊，并簽名后，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。目前驗證方式的設(shè)計還是模仿傳統(tǒng)的拜占庭容錯共識即：取33%處的值，向0或者1進一步移動。
第五：瑞波共識機制
瑞波共識算法是使一組節(jié)能夠基于特殊節(jié)點達成共識。初始特殊節(jié)點列表就像一個俱樂部，要接納一個新成員必須由俱樂部51%的會員投票通過。這51%的成員擁有絕對的權(quán)力，外部人員沒有權(quán)力，所以，這種機制更具有中心化的概念。
第六：Pool驗證池
基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)以及數(shù)據(jù)驗證機制。
優(yōu)點：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性算法的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)秒級共識驗證。
缺點：多方參與的中心化商業(yè)模式。
第七：實用拜占庭容錯
在分布式計算上，不同的計算機通過信息交換嘗試達成共識，但有時候會因為計算機系統(tǒng)出錯或交換錯的信息，導(dǎo)致影響系統(tǒng)的一致性。對于拜占庭將軍這種問題，通過的解決方法是：計算機的總數(shù)>三臺有問題的計算機+1以此方法來得以實現(xiàn)解決問題的一致性。
講通俗些就是采用“少數(shù)服從多數(shù)”來選舉領(lǐng)導(dǎo)者并進行記賬的共識機制，該機制允許拜占庭容錯，允許強監(jiān)管節(jié)點參與，具備權(quán)限分級能力，性能高，耗能低，而且每一輪記賬都會由全網(wǎng)節(jié)點共同選舉領(lǐng)導(dǎo)者，允許33%的節(jié)點作惡，容錯性為33%。
第八：授權(quán)拜占庭容錯
在實用拜占庭容錯的基礎(chǔ)上進行了以下改進：
(1)將C/S(客戶機/服務(wù)器)架構(gòu)的請求響應(yīng)模式改進為合適P2P網(wǎng)絡(luò)的對等節(jié)點模式;
(2)將靜態(tài)的共識參與節(jié)點改進為可動態(tài)進入、退出的共識參與節(jié)點;
(3)為共識參與節(jié)點的產(chǎn)生設(shè)計了一套基于持有權(quán)益比例的投票機制，通過投票決定共識參與節(jié)點(記賬節(jié)點);
(4)在區(qū)塊鏈中引入數(shù)字證書，解決了投票中記賬節(jié)點真實身份的認證問題。
優(yōu)點：專業(yè)化的記賬人;可以容忍出錯;記賬由多人協(xié)同完成;每一個區(qū)塊都有最終性，不會分叉;算法的可靠性有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。
缺點：當(dāng)1/3及以上的記賬人停止工作后，系統(tǒng)將無法提供服務(wù);當(dāng)1/3及以上的記賬人聯(lián)合作惡，且其他所有的記賬人被恰好分割兩個網(wǎng)絡(luò)時，惡意記賬人就可以使系統(tǒng)出現(xiàn)分叉。
總之，授權(quán)拜占庭容錯機制最核心的一點，就是最大限度地確保系統(tǒng)的最終性，使區(qū)塊鏈能夠適用于真正的金融應(yīng)用場景。
九：帕克索斯算法
這是一種傳統(tǒng)的分布式一致性算法，是一種基于選舉領(lǐng)導(dǎo)者的共識機制。領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點擁有絕對權(quán)限，并允許強監(jiān)管節(jié)點參與，其性能高，資源消耗低。所有節(jié)點一般有下線準(zhǔn)入機制，但選舉過程中不允許有作惡節(jié)點，不具備容錯性。
十：WDC混合共識算法
WDC主鏈采取的是DPoS+PoW混合共識算法。對于DPoS的加入，社區(qū)節(jié)點通過抵押以及投票，動態(tài)選出每一個紀(jì)元的前15名作為礦工。對于PoW，機制比較簡單，就是在創(chuàng)世區(qū)塊設(shè)定一個難度目標(biāo)值，作為難度1，然后每個挖礦節(jié)點進行一個哈希計算，哈希計算出來的值小于難度目標(biāo)值就算是獲得了打包權(quán)。