1、pos機(jī)制的起源與設(shè)計(jì)理念

POS起源

2012年，背景是POW進(jìn)淪為資本玩家的玩具，算力過(guò)于中心化，隨時(shí)都有被“51%攻擊”。

開(kāi)放者Sunny Kind第一次提出了POS（股權(quán)證明）的概念，與POW是完全不一樣的。

POS不用大量的算力來(lái)維持網(wǎng)絡(luò)安全，只要參與者打開(kāi)自已的錢(qián)包在線增加權(quán)重，獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)也就是利息。

POS的設(shè)計(jì)理念

我們應(yīng)該都知道，比特幣的區(qū)塊產(chǎn)量每四年就會(huì)減半，這樣區(qū)塊的產(chǎn)量將會(huì)越來(lái)越少，礦工就會(huì)“曠工”，因?yàn)橘嵉降脑絹?lái)越少。

那么，人數(shù)少了，比特幣就可能被一些高算力的人所掌握，數(shù)字貨幣網(wǎng)絡(luò)將會(huì)癱瘓。

POS解決方法:并非所有的區(qū)塊都是靠挖礦得來(lái)的，只要打開(kāi)錢(qián)包客戶端程序，就能發(fā)現(xiàn)區(qū)塊，也可以得到利息，這樣就會(huì)有一個(gè)引流的效果。

POS機(jī)制可以描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計(jì)算機(jī)硬件的稀缺性來(lái)防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。

女巫攻擊

這個(gè)名字是基于1973年的小說(shuō)《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因?yàn)楣?jié)點(diǎn)隨時(shí)加入和退出等原因，為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，同一份數(shù)據(jù)可能備份在很多節(jié)點(diǎn)上，這就是數(shù)據(jù)冗余機(jī)制。

若是在網(wǎng)絡(luò)上存在惡意節(jié)點(diǎn)，那這一個(gè)節(jié)點(diǎn)就具有多重身份。那這個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)就可能騙到其他節(jié)點(diǎn)備份到他這里。

POW就是根據(jù)計(jì)算能力隨機(jī)，而POS則根據(jù)擁有財(cái)產(chǎn)隨機(jī)。POW是保證比特幣、當(dāng)前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制。

但是POW算法在挖礦過(guò)程中因破壞環(huán)境和浪費(fèi)電力而受到指責(zé)。POS試圖通過(guò)以一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問(wèn)題。

PoS的優(yōu)點(diǎn)

不再需要為了安全產(chǎn)生區(qū)塊而大量消耗電能。由于不再需要大量能耗，通過(guò)發(fā)行新幣以激勵(lì)參與者繼續(xù)參與網(wǎng)絡(luò)的壓力會(huì)下降。PoS機(jī)制下，全網(wǎng)每秒可以處理的交易數(shù)增加，可以提供比PoW機(jī)制更好的性能。

POS算法是個(gè)資本主義

你擁有的錢(qián)越多，得到的權(quán)利也就越大。為什么？

因?yàn)槟阍诶锩娴腻X(qián)越多你想要維護(hù)系統(tǒng)的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢(qián)也就只能是竹籃打水一場(chǎng)空。

POS算法

如果我手上有500個(gè)代幣，把它放進(jìn)POS機(jī)制，這樣里面的500個(gè)代幣就變成了驗(yàn)證者.假設(shè)它在區(qū)塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗(yàn)證者里面抽取一個(gè)隨機(jī)的，給他們權(quán)利產(chǎn)生下一個(gè)區(qū)塊。

PoS 機(jī)制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個(gè)模式下，不持有 PoS 的人無(wú)法對(duì) PoS 構(gòu)成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素?zé)o關(guān)。

PoS機(jī)制源于人們對(duì)PoW機(jī)制的不滿以及改進(jìn)。早期的PoS機(jī)制有各種缺陷，隨著各種項(xiàng)目對(duì)PoS機(jī)制的不斷改進(jìn)，PoS正逐漸成為主流的共識(shí)機(jī)制。

2、pos機(jī)制解決了pow的()問(wèn)題

pos機(jī)制解決了pow機(jī)制難以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的問(wèn)題。

為了解決POW的問(wèn)題，有人發(fā)明了POS機(jī)制。POS（Proof of Stake，權(quán)益證明）是根據(jù)你持有貨幣的量和時(shí)間進(jìn)行利息分配的制度。POS機(jī)制最核心的邏輯就是——誰(shuí)持有幣，誰(shuí)就有網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。

在POS機(jī)制中，仍然存在算力挖礦，需要算力解決一個(gè)數(shù)學(xué)難題。但數(shù)學(xué)難題的難度和持幣者的“幣齡”相關(guān)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，持幣者持有幣的時(shí)間越長(zhǎng)，難題越簡(jiǎn)單，挖到幣的概率越大。但POS的問(wèn)題是，大多數(shù)的持幣人沒(méi)有足夠的專業(yè)知識(shí)或足夠的預(yù)算，無(wú)法達(dá)到高性能節(jié)點(diǎn)所需的計(jì)算機(jī)硬件和軟件要求，這時(shí)候就有了DPOS機(jī)制。

3、Gate.io芝麻開(kāi)門(mén)如何理解POW、POS、DPOS共識(shí)機(jī)制?

在區(qū)塊鏈的世界里，保證數(shù)字貨幣正常發(fā)行，交易確認(rèn)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行等，都離不開(kāi)共識(shí)機(jī)制，目前最常見(jiàn)的便是 PoW，PoS，DPoS 三種模式。
PoW，工作量證明機(jī)制。 最先運(yùn)用在比特幣挖礦中，提供算力越多的礦工，獲得記賬權(quán)的概率就越大。 這也是早期主流的挖礦方式，因?yàn)樗惴ê?jiǎn)單，安全性比較高，但是隨著挖礦難度，交易頻次的增加，電力資源消耗過(guò)大，出塊速度慢等缺點(diǎn)顯現(xiàn)出來(lái)。無(wú)法滿足現(xiàn)有的交易需求。
因此，PoS，權(quán)益證明機(jī)制誕生了。 PoS 按照幣齡決定獲得記賬權(quán)的概率，幣齡是指持幣數(shù)量乘以持幣天數(shù)，一旦獲得記賬權(quán)， 幣齡就會(huì)被清空，相應(yīng)也會(huì)得到挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，然后再進(jìn)行下一輪記賬權(quán)的爭(zhēng)奪。 這種機(jī)制不會(huì)產(chǎn)生能源消耗，加快了區(qū)塊產(chǎn)出和交易確認(rèn)的速度，提高了效率。 但是，PoS 也并不完美，比如擁有大量幣的用戶，越容易獲得出塊獎(jiǎng)勵(lì)，從而加大貧富差距。 最終導(dǎo)致過(guò)于中心化，這是目前 PoS 無(wú)法解決的。
所以，DPoS，股份授權(quán)證明機(jī)制也應(yīng)運(yùn)而生了。 它通過(guò)持幣用戶投票，選舉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行出塊和處理交易，更大的縮短了共識(shí)時(shí)間，并且還會(huì)分紅給投票者和區(qū)塊網(wǎng)絡(luò)維護(hù)節(jié)點(diǎn)，作為他們支持和維護(hù)的獎(jiǎng)勵(lì)，優(yōu)化了前兩個(gè)機(jī)制存在的不 足。但是也會(huì)面臨賄選而導(dǎo)致中心化的問(wèn)題。
雖然每一種共識(shí)機(jī)制都有缺點(diǎn)，但都是為了解決區(qū)塊鏈三大問(wèn)題，擴(kuò)展性，安全性，去中心 化而誕生，因此無(wú)優(yōu)劣之分，都有價(jià)值。

4、區(qū)塊鏈常見(jiàn)的三大共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙⒃赑2P網(wǎng)絡(luò)，由節(jié)點(diǎn)參與的分布式賬本系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是“去中心化”。也就是說(shuō)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，用戶與用戶之間、用戶與機(jī)構(gòu)之間、機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間，無(wú)需建立彼此之間的信任，只需依靠區(qū)塊鏈協(xié)議系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)交易。

可是，要如何保證賬本的準(zhǔn)確性，權(quán)威性，以及可靠性？區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)為什么要參與記賬？節(jié)點(diǎn)如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)一致性？……這些都是區(qū)塊鏈在建立“去中心化”交易時(shí)需要解決的問(wèn)題，由此產(chǎn)生了共識(shí)機(jī)制。

所謂“共識(shí)機(jī)制”，就是通過(guò)特殊節(jié)點(diǎn)的投票，在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)交易的驗(yàn)證和確認(rèn)；當(dāng)出現(xiàn)意見(jiàn)不一致時(shí)，在沒(méi)有中心控制的情況下，若干個(gè)節(jié)點(diǎn)參與決策達(dá)成共識(shí)，即在互相沒(méi)有信任基礎(chǔ)的個(gè)體之間如何建立信任關(guān)系。

區(qū)塊鏈技術(shù)正是運(yùn)用一套基于共識(shí)的數(shù)學(xué)算法，在機(jī)器之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)技術(shù)背書(shū)而非中心化信用機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全新的信用創(chuàng)造。

不同的區(qū)塊鏈種類需要不同的共識(shí)算法來(lái)確保區(qū)塊鏈上最后的區(qū)塊能夠在任何時(shí)候都反應(yīng)出全網(wǎng)的狀態(tài)。

目前為止，區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權(quán)證明、DPOS授權(quán)股權(quán)證明、Paxos、PBFT（實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法）、dBFT、DAG（有向無(wú)環(huán)圖）

接下來(lái)我們主要說(shuō)說(shuō)常見(jiàn)的POW、POS、DPOS共識(shí)機(jī)制的原理及應(yīng)用場(chǎng)景

概念：

工作量證明機(jī)制（Proof of work ），最早是一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)名詞，指系統(tǒng)為達(dá)到某一目標(biāo)而設(shè)置的度量方法。簡(jiǎn)單理解就是一份證明，用來(lái)確認(rèn)你做過(guò)一定量的工作，通過(guò)對(duì)工作的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證來(lái)證明完成了相應(yīng)的工作量。

工作量證明機(jī)制具有完全去中心化的優(yōu)點(diǎn)，在以工作量證明機(jī)制為共識(shí)的區(qū)塊鏈中，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出，并通過(guò)計(jì)算隨機(jī)哈希散列的數(shù)值解爭(zhēng)奪記賬權(quán)，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點(diǎn)算力的具體表現(xiàn)。

應(yīng)用：

POW最著名的應(yīng)用當(dāng)屬比特幣。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，在Block的生成過(guò)程中，礦工需要解決復(fù)雜的密碼數(shù)學(xué)難題，尋找到一個(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。這期間需要經(jīng)過(guò)大量嘗試計(jì)算（工作量），計(jì)算時(shí)間取決于機(jī)器的哈希運(yùn)算速度。

而尋找合理hash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。在節(jié)點(diǎn)成功找到滿足的Hash值之后，會(huì)馬上對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行廣播打包區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)收到廣播打包區(qū)塊，會(huì)立刻對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

如果驗(yàn)證通過(guò)，則表明已經(jīng)有節(jié)點(diǎn)成功解迷，自己就不再競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前區(qū)塊，而是選擇接受這個(gè)區(qū)塊，記錄到自己的賬本中，然后進(jìn)行下一個(gè)區(qū)塊的競(jìng)爭(zhēng)猜謎。網(wǎng)絡(luò)中只有最快解謎的區(qū)塊，才會(huì)添加的賬本中，其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)制，以此保證了整個(gè)賬本的唯一性。

假如節(jié)點(diǎn)有任何的作弊行為，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證不通過(guò)，直接丟棄其打包的區(qū)塊，這個(gè)區(qū)塊就無(wú)法記錄到總賬本中，作弊的節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)的成本就白費(fèi)了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺(jué)自愿的遵守比特幣系統(tǒng)的共識(shí)協(xié)議，也就確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果能被快速驗(yàn)證，系統(tǒng)承擔(dān)的節(jié)點(diǎn)量大，作惡成本高進(jìn)而保證礦工的自覺(jué)遵守性。

缺點(diǎn)：需要消耗大量的算法，達(dá)成共識(shí)的周期較長(zhǎng)

概念：

權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權(quán)。

權(quán)益證明機(jī)制的運(yùn)作方式是，當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“幣權(quán)”交易，交易會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權(quán)益證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有代幣的比例和時(shí)間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，從而加快了尋找隨機(jī)數(shù)的速度。

應(yīng)用：

2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin（點(diǎn)點(diǎn)幣），是權(quán)益證明機(jī)制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用。PPC最大創(chuàng)新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

為了實(shí)現(xiàn)POS，Sunny King借鑒于中本聰?shù)腃oinbase，專門(mén)設(shè)計(jì)了一種特殊類型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時(shí)間段，假如你擁有10個(gè)幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個(gè)幣，幣齡被消耗（銷毀）了。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間，比工作量證明更加節(jié)約能源。

缺點(diǎn)：本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算，轉(zhuǎn)賬真實(shí)性較難保證

概念：

授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制（Delegated Proof of Stake），與董事會(huì)投票類似，該機(jī)制擁有一個(gè)內(nèi)置的實(shí)時(shí)股權(quán)人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時(shí)都在召開(kāi)一個(gè)永不散場(chǎng)的股東大會(huì)，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權(quán)股權(quán)證明在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機(jī)制和PoS機(jī)制問(wèn)題的同時(shí)，還能通過(guò)實(shí)施科技式的民主抵消中心化所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)?；贒PoS機(jī)制建立的區(qū)塊鏈的去中心化依賴于一定數(shù)量的代表，而非全體用戶。在這樣的區(qū)塊鏈中，全體節(jié)點(diǎn)投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)代表，由他們來(lái)代理全體節(jié)點(diǎn)確認(rèn)區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運(yùn)行。

同時(shí)，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點(diǎn)具有隨時(shí)罷免和任命代表的權(quán)力。如果必要，全體節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)投票讓現(xiàn)任節(jié)點(diǎn)代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的民主。

應(yīng)用：

比特股（Bitshare）是一類采用DPOS機(jī)制的密碼貨幣。通過(guò)引入了見(jiàn)證人這個(gè)概念，見(jiàn)證人可以生成區(qū)塊，每一個(gè)持有比特股的人都可以投票選舉見(jiàn)證人。得到總同意票數(shù)中的前N個(gè)（N通常定義為101）候選者可以當(dāng)選為見(jiàn)證人，當(dāng)選見(jiàn)證人的個(gè)數(shù)（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經(jīng)充分地去中心化。

見(jiàn)證人的候選名單每個(gè)維護(hù)周期（1天）更新一次。見(jiàn)證人然后隨機(jī)排列，每個(gè)見(jiàn)證人按序有2秒的權(quán)限時(shí)間生成區(qū)塊，若見(jiàn)證人在給定的時(shí)間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的見(jiàn)證人。DPoS的這種設(shè)計(jì)使得區(qū)塊的生成更為快速，也更加節(jié)能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達(dá)成共識(shí)，他們投票選出的N個(gè)見(jiàn)證人，可以視為N個(gè)礦池，而這N個(gè)礦池彼此的權(quán)利是完全相等的。持股人可以隨時(shí)通過(guò)投票更換這些見(jiàn)證人（礦池），只要他們提供的算力不穩(wěn)定，計(jì)算機(jī)宕機(jī)，或者試圖利用手中的權(quán)力作惡。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證

缺點(diǎn)：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時(shí)節(jié)點(diǎn)代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時(shí)整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴于代幣的增發(fā)來(lái)維持代理節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

5、pos機(jī)制解決了pow的問(wèn)題

pos機(jī)制解決了pow的問(wèn)題：

基于權(quán)益證明（PoS），通常將金錢(qián)作為股權(quán)使用。

POA指的是身份的使用。這背后的想法是，人們會(huì)注意自己的名聲，因此會(huì)被勸阻不要惡意行事。

POW 工作量證明支持不可信的分布式共識(shí)，這對(duì)于加密貨幣等行業(yè)非常重要。它涉及挖掘過(guò)程，最好描述為執(zhí)行計(jì)算以驗(yàn)證交易的合法性和創(chuàng)建新貨幣。

第一個(gè)完成計(jì)算的礦工將獲得一枚新代幣，并將區(qū)塊添加到鏈中。POS 權(quán)益證明的定義是在決定誰(shuí)將創(chuàng)建新塊時(shí)使用權(quán)益關(guān)系。這個(gè)權(quán)益的取決于每個(gè)人持有的代幣數(shù)量。

持有更多代幣的人更有可能被選為下一個(gè)塊的驗(yàn)證器。獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)自交易費(fèi)用，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生新的代幣。

pos是公鏈中的共識(shí)算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當(dāng)前以太坊和許多區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制，但是pow算法在挖礦過(guò)程中，因?yàn)槠茐沫h(huán)境和浪費(fèi)電而受到指責(zé)，pos試圖通過(guò)一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問(wèn)題。

ps機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴于計(jì)算硬件的稀缺性，來(lái)防止女巫攻擊。在pow中，一個(gè)用戶有可能用一千美元來(lái)買(mǎi)計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來(lái)挖礦，產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在pos中，用戶可以拿到一千美元，買(mǎi)到等值的代幣，把這些代幣當(dāng)做押金放在pos機(jī)制之中，只要用戶就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生，這樣用戶可以得到獎(jiǎng)勵(lì)。

pos算法如下，存在一個(gè)持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機(jī)制中，這樣他們就變成驗(yàn)證者。

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