(5) 区块链知识和“共识机制”的理解

区块链是一个支持容错的分布式系统。 要保证系统的健康运行，需要满足四个要素，即P2P网络、持续交易、充足的存储节点和共识机制。 考虑到网络故障和人为因素，系统中难免会出现故障节点和恶意节点。 如何保证整个系统中数据的一致性是一个分布式共识问题。 正如《区块链启示录：中本聪随笔》一书中所述，比特币的正常运行在很大程度上依赖于共识。

共识机制是如何在所有记账节点之间达成共识，从而确定一条记录的有效性。 这不仅是一种识别手段，也是一种防止篡改的手段。 目前共识机制主要有四种：PoW、PoS、DPoS和分布式共识算法。

PoW（工作证明，工作量证明）

PoW机制，即比特币和以太坊的挖矿机制，也是目前市场上使用最广泛的公链共识机制。 矿工将现有的尚未被记录在网络中的交易打包成一个区块，然后不断遍历并尝试寻找一个随机数，使新区块的哈希值加上随机数满足一定的难度条件。 找到一个满足条件的随机数，就相当于确定了区块链的最新区块，也相当于获得了区块链的本轮记账权。 矿工在网络中广播满足挖矿难度条件的区块。 在验证区块满足挖矿难度条件，区块中的交易数据符合协议规范后，将区块相互链接。 到自己版本的区块链，从而形成全网对当前网络状态的共识。

优点：完全去中心化，节点自由进出，避免建立和维护中心化信用机构的成本。 只要网络破坏者的算力不超过全网总算力的50%比特币采用的共识机制，网络的交易状态就可以达成共识。

缺点：目前比特币挖矿造成了很大的资源浪费； 此外，挖矿的激励机制也造成矿池算力高度集中，背离了最初去中心化设计的初衷。 更大的问题是PoW机制的共识需要很长时间才能达成共识，每秒最多只能做7笔交易，不适合商业应用。

PoS（权益证明，权益证明）

PoS机制要求节点提供分布式共识机制，持有一定数量的token证书，以获得竞争区块链的记账权。 如果单纯由代币余额决定记账人比特币采用的共识机制，富人胜出，会导致记账权中心化，降低共识的公平性。 因此，不同的PoS机制在权益证明的基础上采用不同的方式增加记账。 权重随机化以避免中心化。 比如在Peer Coin PoS机制中，链龄最长的比特币获得记账权的几率更大。 NXT 和 Blackcoin 使用一个公式来预测下一个记账节点。 您拥有的代币越多，被选为记账节点的概率就越高。 未来以太坊也会从现在的PoW机制切换到PoS机制。 从目前我们看到的信息来看，以太坊的PoS机制会使用节点对下一个区块进行押注。 未能获胜者将被扣除ETH以达成下一个区块的共识。

优点：一定程度上缩短了达成共识的时间，减少了PoW机制的资源浪费。

缺点：破坏者进行网络攻击的成本较低，需要验证网络的安全性。 此外，拥有大量代币的节点有更大的机会获得记账权，这将使网络的共识被少数富裕​​账户所支配，从而失去公平性。

DPoS (Delegated Proof-Of-Stake, 共享授权证明)

DPoS 易于理解，类似于现代公司董事会制度。 BitShares 采用的 DPoS 机制是由股东投票选出一定数量的见证人。 每个见证人有两秒的授权时间依次生成区块。 如果见证人不能在给定时间片内生成区块，则将出块权限授予下一个时间片对应的见证人。 利益相关者可以随时投票更换这些见证人。 DPoS 的这种设计使得块生成更快、更节能。

从某种角度来看，DPOS可以理解为一个兼具去中心化和中心化优势的多中心系统。

优点：参与验证和记账节点数量大大减少，可以实现秒级共识验证。

缺点：选举固定数量的见证人作为记账候选人可能不适合完全去中心化的场景。 此外，在网络节点数量很少的情况下，民选证人的代表性并不强。

EOS的共识机制从传统的DPoS（委托权益共识）升级为BFT-DPoS（拜占庭容错-委托权益共识）

分布式共识算法

分布式共识算法是基于传统的分布式共识技术。 其中，有解决拜占庭一般问题的拜占庭容错算法，如PBFT（拜占庭容错算法）。 另外，解决非拜占庭问题的分布式共识算法（Pasox、Raft），由于该内容特别详细的算法本文不做说明，如有需要我会单独出一篇文章详细介绍。 这类算法是目前联盟链和私有链场景中常用的共识机制。

优点：实现秒级快速共识机制，保证一致性。

缺点：去中心化程度不如公链上的共识机制； 更适合多方参与的多中心商业模式。

整体来说，POW适合做公链。 如果搭建私有链，使用POS比较合适，因为不存在验证节点的信任问题。 但由于联盟链中存在不可信任的本地节点，使用DPOS更为合适。

概括

共识是一切交易的基础。 共识越去中心化（参与度越高），其效率越低，但满意度越高，越稳定； 相反，共识越中心化（参与度越低），效率越高，越容易出现独裁和腐败。

共识机制是区块链技术颠覆（完善）世界并逐渐被世界接受和认可的最大幕后功臣。 ，一切交易成为可能，它赋予了机械密码以人性与温暖。