1、兩種共識(shí)機(jī)制對(duì)比(PoW vs PoS)

區(qū)塊鏈中最核心的架構(gòu)就是共識(shí)機(jī)制，可以說(shuō)是區(qū)塊鏈的驅(qū)動(dòng)引擎，發(fā)展這么多年，目前主流比較明確經(jīng)得住考驗(yàn)的就只剩下PoW(Proof of Work)與PoS(Proof of Stake)兩種機(jī)制。簡(jiǎn)單概述下，PoW系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過(guò)消耗大量算力來(lái)計(jì)算特定算法的解（典型如哈希），第一個(gè)算出結(jié)果的有權(quán)生成區(qū)塊，同時(shí)也會(huì)得到coin作為獎(jiǎng)勵(lì)（這也是coin的生產(chǎn)與分發(fā)過(guò)程，形象地稱為Mining），采用PoW的典型區(qū)塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，被公認(rèn)為是最可靠安全的共識(shí)機(jī)制； 其本質(zhì)是通過(guò)消耗大量算力來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的逆熵過(guò)程，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全與穩(wěn)定 。但PoW被廣為詬病的也是其消耗太多的能源資源，這方面PoS就被認(rèn)為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過(guò)質(zhì)押系統(tǒng)中的資產(chǎn)即coin來(lái)成為一個(gè)質(zhì)押者（staker），這樣就有權(quán)產(chǎn)出區(qū)塊，質(zhì)押份額越多，獲得產(chǎn)出區(qū)塊權(quán)的概率就越高，也代表著獎(jiǎng)勵(lì)越多。

在分布式系統(tǒng)中有一個(gè) CAP 定理，是指一個(gè)分布式系統(tǒng)中存在著三元悖論，即不可能同時(shí)滿足這三個(gè)特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區(qū)容錯(cuò)性 (Partition tolerance)，而只能滿足其中兩個(gè)。區(qū)塊鏈作為一種分布式網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)定理也逐漸演變成了區(qū)塊鏈的三元悖論，即 安全性(Security) 、 去中心化(Decentralization) 和 可擴(kuò)展性 (Scalability) ，也是同時(shí)只能滿足兩個(gè)特性。

整體上看PoW系統(tǒng)更注重的是 安全性(Security) 與 去中心化(Decentralization) ，放棄 可擴(kuò)展性 (Scalability) ，這也是Bitcoin網(wǎng)絡(luò)的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統(tǒng)更關(guān)注的是 可擴(kuò)展性 (Scalability) 與 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 實(shí)現(xiàn) 去中心化(Decentralization) ，我是比較持懷疑態(tài)度的。從保守主義與系統(tǒng)的更長(zhǎng)期穩(wěn)定的角度出發(fā)，我個(gè)人是堅(jiān)定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關(guān)，并不是特別看好PoS作為基礎(chǔ)層能比較穩(wěn)定。特別是像這次 5月份的Luna事件 ，事件大概的過(guò)程是Luna鏈上的算法穩(wěn)定幣UST缺乏價(jià)值支撐最終脫錨，其核心問(wèn)題在于UST的錨定設(shè)計(jì)試圖用一個(gè)PoS股權(quán)系統(tǒng)去支撐其錨定美元，而且還超發(fā)了太多UST，再加上UST與Luna的兌換設(shè)計(jì)缺陷最終導(dǎo)致Luna自身的死亡螺旋。但這個(gè)事件更大的意義應(yīng)該是敲響了一個(gè)警鐘，PoS機(jī)制在面對(duì)空頭資本砸盤時(shí)真的還能維持穩(wěn)定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)量萎縮的速度會(huì)很快，逐漸趨于中心化。

所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)都需要根據(jù)自身定位來(lái)折中，以下從價(jià)值錨定的角度，簡(jiǎn)單分析下為什么長(zhǎng)期來(lái)看PoW會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。

在PoW系統(tǒng)中三股主要的參與者分別是研發(fā)人員，投資者（或者叫用戶）與Miner，這三者的相互制衡，使得這個(gè)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。而PoS系統(tǒng)中，將Miner這個(gè)重要的制衡力量移除了，投資者和Miner變成了同一群體 質(zhì)押者（stakers） ，因此該群體濫用權(quán)力的行為會(huì)變得相對(duì)不受限制，并且該鏈隨后的發(fā)展方向也可能會(huì)更加不平衡，更容易傾向有利于 質(zhì)押者（stakers） 群體的方向。

PoW系統(tǒng)很好的闡述了什么是被普遍認(rèn)可的價(jià)值，抽象上來(lái)看就是高代價(jià)的稀缺性 ，高代價(jià)與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多只能實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)稀缺性。

Miner為了在鏈上生產(chǎn)區(qū)塊賺取coin，不僅需要持續(xù)支付高額電力成本，還必須不斷投入研發(fā)、升級(jí)硬件、優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)規(guī)模來(lái)保持其競(jìng)爭(zhēng)力。最終結(jié)果是，能夠長(zhǎng)期持續(xù)盈利的Miner并不會(huì)是一個(gè)一層不變的群體，而是總在競(jìng)爭(zhēng)中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來(lái)。這也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因?yàn)椴粩嘧兓腗iner群體意味著沒(méi)有一個(gè)Miner可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持網(wǎng)絡(luò)的大部分算力，除非他們通過(guò)嚴(yán)酷的競(jìng)爭(zhēng)考驗(yàn)，不斷優(yōu)化自身來(lái)提供更多的算力。

而PoS系統(tǒng)中的質(zhì)押者實(shí)際上并多少真正的風(fēng)險(xiǎn)投入，也沒(méi)有優(yōu)勝劣汰的嚴(yán)酷競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，他們只需要簡(jiǎn)單地運(yùn)行一個(gè)staker節(jié)點(diǎn)就可以躺著賺利息，本質(zhì)上只是將自己在銀行系統(tǒng)里的錢簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化為鏈上資本，就可以坐地收割后進(jìn)入這個(gè)系統(tǒng)的新人。這種行為并沒(méi)有太多難度，只是簡(jiǎn)單地賺取“無(wú)風(fēng)險(xiǎn)”利息，他們并沒(méi)有將資本轉(zhuǎn)化為任何形式的需要面臨風(fēng)險(xiǎn)考驗(yàn)的投資。

而且當(dāng)發(fā)生硬分叉時(shí)，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時(shí)會(huì)更為謹(jǐn)慎，因?yàn)樗麄冃枰度敫甙旱碾娏Τ杀緛?lái)為他們的選擇背書，一旦選錯(cuò)了將損失所有投入成本。PoS系統(tǒng)如果發(fā)生硬分叉，質(zhì)押的coin作為系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的一部分，硬分叉后質(zhì)押者將在兩條不同鏈上都擁有相同數(shù)量的資產(chǎn)，由于沒(méi)有什么沉默成本，導(dǎo)致質(zhì)押者更愿意兩邊都支持，從而使硬分叉更容易且更頻繁地出現(xiàn)，這被稱為 nothing at stake 問(wèn)題。

PoW是真正能做到無(wú)準(zhǔn)入限制的(Permissionless)，就是說(shuō)已經(jīng)在這個(gè)系統(tǒng)中的老人無(wú)法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)出coin。而PoS系統(tǒng)中，新人要進(jìn)入，都不得不先從老人手中買coin。

而且PoW中Miner為了支付各種高昂成本（電力，設(shè)備，基礎(chǔ)設(shè)施等），產(chǎn)出coin后也不得不賣出一些以彌補(bǔ)成本，這同時(shí)也是一種把coin分發(fā)給更多人的過(guò)程； 特別是在熊市，Miner為了維持開(kāi)銷也不得不低價(jià)賤賣coin，這樣新人才有機(jī)會(huì)以相對(duì)低的成本獲得籌碼入場(chǎng)，這才是一個(gè)健康的生態(tài)擴(kuò)張過(guò)程 。而PoS中由于質(zhì)押者并沒(méi)有什么運(yùn)行成本，也不需要面對(duì)太多競(jìng)爭(zhēng)，質(zhì)押者出塊得到coin后不需要急著賣出，更容易哄抬價(jià)格，其實(shí)會(huì)變相激勵(lì)場(chǎng)內(nèi)老人剝削新入場(chǎng)者，不給后來(lái)人更多機(jī)會(huì)；整個(gè)系統(tǒng)會(huì)趨向于更封閉，逐漸演變成一個(gè)有限游戲，長(zhǎng)期運(yùn)行下去只會(huì)越來(lái)越中心化；系統(tǒng)中財(cái)富越來(lái)越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實(shí)現(xiàn) 去中心化(Decentralization) 。

由于PoW系統(tǒng)中是以提供工作量的方式產(chǎn)出區(qū)塊的，隨著時(shí)間的推移這些工作量都會(huì)被累積起來(lái)并使鏈不斷向前延伸，這也是為什么叫區(qū)塊鏈；這些累積的工作量也給攻擊者造成了巨大障礙，如果想要反轉(zhuǎn)整條鏈，不僅需要非常高的算力，還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這也為應(yīng)對(duì)攻擊提供了足夠長(zhǎng)的時(shí)間緩沖。

而PoS系統(tǒng)其實(shí)只是維護(hù)一個(gè)分布式賬本， 并沒(méi)有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉(zhuǎn)整條鏈就是相當(dāng)容易的，幾分鐘就可以搞定。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)由PoW算力支撐的BTC不應(yīng)歸為高科技類，由于它整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)更保守更穩(wěn)定，提供的更多的是一種 物化價(jià)值(objective costliness) ，更能作為價(jià)值之錨，所以數(shù)字黃金這個(gè)稱號(hào)很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級(jí)后為PoS）這些更接近科技類創(chuàng)新平臺(tái)，PoS本質(zhì)上更像是一種股權(quán)系統(tǒng)，其實(shí)PoS系統(tǒng)反而是需要中心化，偏向更依靠整個(gè)社區(qū)的生命力，需要依靠核心團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新與開(kāi)拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩(wěn)定與提供 物化價(jià)值(objective costliness) 。

區(qū)塊鏈作為一個(gè)價(jià)值分配系統(tǒng)， 算力是它的價(jià)值之錨，如果沒(méi)有算力，就會(huì)退化為一個(gè)股權(quán)系統(tǒng) 。算力在哪，資金就會(huì)跟去哪。目前的發(fā)展趨勢(shì)也是逐漸往多層網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，類似TCP/IP的多層協(xié)議棧。從作為基礎(chǔ)層(Base Layer)的角度看，更需要的是長(zhǎng)期穩(wěn)定與提供價(jià)值支撐，因此PoW系統(tǒng)更合適；而PoS可能更多的是可以作為L(zhǎng)ayer2以實(shí)現(xiàn) 可擴(kuò)展性 (Scalability) ，彌補(bǔ)PoW基礎(chǔ)層的吞吐量不足，并通過(guò)錨定在PoW基礎(chǔ)層上來(lái)獲取算力安全性與價(jià)值支撐。

最后順帶說(shuō)下最近市場(chǎng)行情，5,6月份以來(lái)的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數(shù)一度長(zhǎng)時(shí)間停留在個(gè)位數(shù)；其實(shí)我覺(jué)得也沒(méi)必要那么恐慌，要在這個(gè)圈子長(zhǎng)期活下去，面對(duì)這種大波動(dòng)的心理預(yù)期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經(jīng)常提到一個(gè)詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬(wàn)次打磨后留下來(lái)的細(xì)小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恒的一種堅(jiān)持，有種經(jīng)常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺(jué)。這個(gè)和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價(jià)值的東西就應(yīng)該具有這種品質(zhì)，PoW系統(tǒng)肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后經(jīng)歷過(guò)的各種事件，其實(shí)像這樣的大波動(dòng)近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國(guó)內(nèi)的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市場(chǎng)轉(zhuǎn)熊，每次經(jīng)歷大波動(dòng)后，市場(chǎng)都會(huì)淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展也是好事。眼光還是應(yīng)該放遠(yuǎn)一點(diǎn)，至少看5到10年后的變化，科技發(fā)展過(guò)程中所帶來(lái)的波動(dòng)和風(fēng)險(xiǎn)是不可避免的，日光之下無(wú)新鮮事，每次科技革命過(guò)程中總會(huì)夾雜著眾多的反對(duì)、質(zhì)疑，還有眾多的投機(jī)、騙局；這個(gè)過(guò)程也總是通過(guò)各種暴雷、回歸，清除泡沫后價(jià)值重估，夯實(shí)了基礎(chǔ)后積蓄能量再次進(jìn)入躍升到新的發(fā)展階段。 價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)是一件無(wú)法回避的事情 ，當(dāng)理解和看清了這種趨勢(shì)后，規(guī)避掉各種坑和市場(chǎng)噪音，遠(yuǎn)離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產(chǎn)，時(shí)間本身就會(huì)帶來(lái)回報(bào)。

2、什么是pos算法和pos機(jī)制

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。

3、科普Pos共識(shí)機(jī)制

 

今天給大家科普下夸克區(qū)塊鏈中的POS共識(shí)機(jī)制到底是什么？PoS共識(shí)機(jī)制，中文翻譯就是權(quán)益證明。與它其名的還有另一種共識(shí)機(jī)制:pow機(jī)制。

經(jīng)過(guò)歷史發(fā)展的證明，PoW機(jī)制存在一些缺陷，如在挖掘過(guò)程中浪費(fèi)大量的資源，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的處理效率很低等。早在2011年，就有人曾提出：“是否可以在 PoW的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)一種機(jī)制？”可以保留 PoW的優(yōu)點(diǎn)，也可以解決它的問(wèn)題"。因此 PoS的共識(shí)機(jī)制就誕生了，因此， PoS機(jī)制在共識(shí)層次上借鑒了許多 PoW機(jī)制的設(shè)計(jì)，比如區(qū)塊設(shè)計(jì)、礦工選擇、分叉處理、交易驗(yàn)證等。

PoS機(jī)制采用權(quán)益法核算，解決了網(wǎng)絡(luò)效率低下、資源浪費(fèi)以及節(jié)點(diǎn)間一致性等問(wèn)題，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是誰(shuí)擁有更多的權(quán)益誰(shuí)來(lái)說(shuō)話。其原則如下：

說(shuō)到PoW機(jī)制為何存在諸多問(wèn)題，最大的原因在于其規(guī)則下造成礦工準(zhǔn)入門檻低，每個(gè)人都可以成為一個(gè)出塊節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以為獲得下個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)數(shù)據(jù)包要有那么多人來(lái)處理，必然會(huì)造成資源的浪費(fèi)和低效。

而PoS機(jī)制就可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，這是因?yàn)樵赑OS機(jī)制的規(guī)則下，提高了每個(gè)人成為節(jié)點(diǎn)的門檻，比如：雖然每個(gè)人都可以成為節(jié)點(diǎn)，但如果想成為出塊節(jié)點(diǎn)獲得記賬權(quán)，就必須滿足pos機(jī)制的一些規(guī)則，如質(zhì)押一定數(shù)量的代幣，或者持有一定數(shù)量的代幣，才可以成為出塊節(jié)點(diǎn)的候選人。

在滿足這些條件之后，系統(tǒng)進(jìn)行算法選擇，選中其中一部分人成為有效的礦工，然后每隔一個(gè)周期，進(jìn)行重新分配，并且這個(gè)過(guò)程不受人為控制，一切由系統(tǒng)算法決定，保證公平公開(kāi)不被篡改，這樣就可以避免了整個(gè)鏈被某個(gè)節(jié)點(diǎn)控制。

總結(jié)一句話就是PoW機(jī)制是每個(gè)人都可以成為礦工，而 PoS機(jī)制必須通過(guò)一系列的篩選后成為礦工。

poS機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)原則在于，誰(shuí)擁有更多的代幣，誰(shuí)就能更容易的獲得記賬權(quán)。獲得記賬權(quán)的礦工將他打包好的區(qū)塊經(jīng)過(guò)其他礦工驗(yàn)證，通過(guò)全網(wǎng)廣播，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，這個(gè)區(qū)塊才會(huì)被連接到鏈上，與全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)的小賬本同步，同時(shí)他還能得到相應(yīng)的代幣獎(jiǎng)勵(lì)。

簡(jiǎn)言之，整個(gè)過(guò)程就是：持幣者以代幣作抵押，得到記賬權(quán)力，然后PoS共識(shí)會(huì)通過(guò)選擇算法，按持幣者的數(shù)量，從中選出出塊礦工。采礦者在指定的高度上完成打包交易，生成新的區(qū)塊，并廣播它，然后由驗(yàn)證者對(duì)所廣播的區(qū)塊進(jìn)行交易驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證后，區(qū)塊得到確認(rèn)。這就是 PoS共識(shí)機(jī)制完整的一輪過(guò)程。

PoS機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決 PoW協(xié)議中存在的資源浪費(fèi)和低效問(wèn)題。但它也還是存在一些缺點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)， PoS機(jī)制中的初始代幣分配是非常模糊的，如果初始代幣分配失敗，將很難形成后續(xù)的股權(quán)證明。比如，在系統(tǒng)進(jìn)行算法選擇時(shí)如果被黑客攻擊，如果成功，選舉結(jié)果就可能被操作。除開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，pos機(jī)制還存在一個(gè)問(wèn)題就是，可能會(huì)造成兩極分化嚴(yán)重，持有代幣多的人會(huì)更多的獲得記賬權(quán)，繼而獲得代幣獎(jiǎng)勵(lì)，擁有代幣少的人，很難去爭(zhēng)奪記賬權(quán)，造成強(qiáng)者恒強(qiáng)的局面。

總的來(lái)說(shuō)，PoW機(jī)制和 PoS機(jī)制都是區(qū)塊鏈上引用的主流機(jī)制，它們會(huì)攜手帶領(lǐng)區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，雖然兩者存在自身的一定局限性，但未來(lái)某一天，這些技術(shù)在不斷變革創(chuàng)新的同時(shí)，必定鑄造區(qū)塊鏈行業(yè)的輝煌。

4、POW & POS,傻傻分不清楚的共識(shí)機(jī)制

什么是共識(shí)機(jī)制？

我在開(kāi)更的第一篇文章，就簡(jiǎn)單講解了數(shù)字貨幣世界的16個(gè)最高頻名詞，其中一個(gè)就是共識(shí)機(jī)制，還記得嗎？

為什么要有共識(shí)機(jī)制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問(wèn)題”了。

拜占庭將軍問(wèn)題（The Byzantine Generals Problem）可以總結(jié)為一句話：

在古代，11位忠誠(chéng)的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對(duì)進(jìn)攻或撤退達(dá)成一致。

當(dāng)然，拜占庭將軍問(wèn)題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)明了“虎符”這個(gè)神奇的方式來(lái)保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個(gè)錯(cuò)誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯(cuò)誤、快速達(dá)成一致，來(lái)讓系統(tǒng)有效地、正確地運(yùn)行，便應(yīng)運(yùn)而生了各種“共識(shí)機(jī)制”。

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下面，我們就來(lái)一起學(xué)習(xí)數(shù)字貨幣世界中常見(jiàn)的幾種共識(shí)機(jī)制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識(shí)機(jī)制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的一個(gè)“哈?，F(xiàn)金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數(shù)，其具體的工作原理實(shí)在太專業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結(jié)果很容易驗(yàn)證，但是要將其計(jì)算出來(lái)，需要不斷嘗試運(yùn)算，直到匹配到某個(gè)隨機(jī)數(shù)；技術(shù)上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過(guò)232394億運(yùn)算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學(xué)習(xí)。

因此，只要礦工出示運(yùn)算結(jié)果，那通過(guò)PoW，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)就認(rèn)可了他所付出的成本，承認(rèn)新的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)屬于他。

如此大量的運(yùn)算相當(dāng)浪費(fèi)資源，實(shí)際上并沒(méi)有任何科學(xué)或?qū)嶋H用途，只是為了實(shí)踐工作量證明機(jī)制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點(diǎn)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)。

雖然在2009年時(shí)為了構(gòu)建這種去中心化的、允許所有人可以免費(fèi)參與的全球貨幣網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經(jīng)有了其他不需要大量浪費(fèi)算力的證明機(jī)制，比如我們下面就要提到的，PoS權(quán)益證明。

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PoS，權(quán)益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點(diǎn)記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益成反比，也就是說(shuō)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的幣越多、時(shí)間越久，越容易獲取記賬權(quán)，也就越容易獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

實(shí)際上，最初的PoS是PoW的一種升級(jí)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的幣齡，來(lái)等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機(jī)數(shù)的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數(shù)量*擁有天數(shù)。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會(huì)被標(biāo)記時(shí)間戳，這個(gè)時(shí)間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個(gè)幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個(gè)幣，這900幣齡就被消耗了；

后來(lái)，為了徹底擺脫P(yáng)oW這種依靠算力的共識(shí)機(jī)制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機(jī)制最初確認(rèn)時(shí)就設(shè)定的，一般不會(huì)變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個(gè)例子中，A就可以得到0.02466個(gè)幣的利息。

如此一來(lái)，PoS區(qū)塊鏈的作用過(guò)程就可以這樣描述：

在初期，通過(guò)PoW機(jī)制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，PoS機(jī)制開(kāi)始作用，交易時(shí)消耗幣齡、獲得產(chǎn)生區(qū)塊的優(yōu)先權(quán)，并獲取利息，同時(shí)PoW機(jī)制由于消耗太多資源、浪費(fèi)算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來(lái)維持正常運(yùn)作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機(jī)制，不過(guò)正在轉(zhuǎn)向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識(shí)機(jī)制的時(shí)候，相信也會(huì)比較快得就能理解。

比如：股份授權(quán)證明DPOS，類似于董事會(huì)投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時(shí)間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開(kāi)了，感興趣的同學(xué)可以百度或知乎一下~

5、區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制

一、區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的目標(biāo)

區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗亢?jiǎn)單而言，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)，或可以叫作分布式賬本(distributed ledger)。傳統(tǒng)上所有的數(shù)據(jù)庫(kù)都是中心化的，例如一間銀行的賬本就儲(chǔ)存在銀行的中心服務(wù)器里。中心化數(shù)據(jù)庫(kù)的弊端是數(shù)據(jù)的安全及正確性全系于數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)營(yíng)方（即銀行），因?yàn)槿魏文軌蛟L問(wèn)中心化數(shù)據(jù)庫(kù)的人（如銀行職員或黑客）都可以破壞或修改其中的數(shù)據(jù)。

而區(qū)塊鏈技術(shù)則容許數(shù)據(jù)庫(kù)存放在全球成千上萬(wàn)的電腦上，每個(gè)人的賬本通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步，網(wǎng)絡(luò)中任何用戶一旦增加一筆交易，交易信息將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知其他用戶驗(yàn)證，記錄到各自的賬本中。區(qū)塊鏈之所以得其名是因?yàn)樗怯梢粋€(gè)個(gè)包含交易信息的區(qū)塊（block）從后向前有序鏈接起來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

很多人對(duì)區(qū)塊鏈的疑問(wèn)是，如果每一個(gè)用戶都擁有一個(gè)獨(dú)立的賬本，那么是否意味著可以在自己的賬本上添加任意的交易信息，而成千上萬(wàn)個(gè)賬本又如何保證記賬的一致性？ 解決記賬一致性問(wèn)題正是區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的目標(biāo) 。區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制旨在保證分布式系統(tǒng)里所有節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)完全相同并且能夠?qū)δ硞€(gè)提案（proposal）（例如是一項(xiàng)交易紀(jì)錄）達(dá)成一致。然而分布式系統(tǒng)由于引入了多個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)各種非常復(fù)雜的情況；隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，節(jié)點(diǎn)失效或故障、節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信受到干擾甚至阻斷等就變成了常見(jiàn)的問(wèn)題，解決分布式系統(tǒng)中的各種邊界條件和意外情況也增加了解決分布式一致性問(wèn)題的難度。

區(qū)塊鏈又可分為三種：

公有鏈：全世界任何人都可以隨時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送可確認(rèn)交易、競(jìng)爭(zhēng)記賬的區(qū)塊鏈。公有鏈通常被認(rèn)為是“完全去中心化“的，因?yàn)闆](méi)有任何人或機(jī)構(gòu)可以控制或篡改其中數(shù)據(jù)的讀寫。公有鏈一般會(huì)通過(guò)代幣機(jī)制鼓勵(lì)參與者競(jìng)爭(zhēng)記賬，來(lái)確保數(shù)據(jù)的安全性。

聯(lián)盟鏈：聯(lián)盟鏈?zhǔn)侵赣腥舾蓚€(gè)機(jī)構(gòu)共同參與管理的區(qū)塊鏈。每個(gè)機(jī)構(gòu)都運(yùn)行著一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中的數(shù)據(jù)只允許系統(tǒng)內(nèi)不同的機(jī)構(gòu)進(jìn)行讀寫和發(fā)送交易，并且共同來(lái)記錄交易數(shù)據(jù)。這類區(qū)塊鏈被認(rèn)為是“部分去中心化”。

私有鏈：指其寫入權(quán)限是由某個(gè)組織和機(jī)構(gòu)控制的區(qū)塊鏈。參與節(jié)點(diǎn)的資格會(huì)被嚴(yán)格的限制，由于參與的節(jié)點(diǎn)是有限和可控的，因此私有鏈往往可以有極快的交易速度、更好的隱私保護(hù)、更低的交易成本、不容易被惡意攻擊、并且能夠做到身份認(rèn)證等金融行業(yè)必須的要求。相比中心化數(shù)據(jù)庫(kù)，私有鏈能夠防止機(jī)構(gòu)內(nèi)單節(jié)點(diǎn)故意隱瞞或篡改數(shù)據(jù)。即使發(fā)生錯(cuò)誤，也能夠迅速發(fā)現(xiàn)來(lái)源，因此許多大型金融機(jī)構(gòu)在目前更加傾向于使用私有鏈技術(shù)。

二、區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的分類

解決分布式一致性問(wèn)題的難度催生了數(shù)種共識(shí)機(jī)制，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，亦適用于不同的環(huán)境及問(wèn)題。被眾人常識(shí)的共識(shí)機(jī)制有：

l PoW（Proof of Work）工作量證明機(jī)制

l PoS（Proof of Stake）股權(quán)/權(quán)益證明機(jī)制

l DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權(quán)證明機(jī)制

l PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法

l DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權(quán)拜占庭容錯(cuò)算法

l SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恒星共識(shí)協(xié)議

l RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識(shí)算法

l Pool驗(yàn)證池共識(shí)機(jī)制

（一）PoW（Proof of Work）工作量證明機(jī)制

1. 基本介紹

在該機(jī)制中，網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都在使用SHA256哈希函數(shù)(hash function) 運(yùn)算一個(gè)不斷變化的區(qū)塊頭的哈希值 (hash sum)。 共識(shí)要求算出的值必須等于或小于某個(gè)給定的值。 在分布式網(wǎng)絡(luò)中，所有的參與者都需要使用不同的隨機(jī)數(shù)來(lái)持續(xù)計(jì)算該哈希值，直至達(dá)到目標(biāo)為止。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的算出確切的值，其他所有的節(jié)點(diǎn)必須相互確認(rèn)該值的正確性。之后新區(qū)塊中的交易將被驗(yàn)證以防欺詐。

在比特幣中，以上運(yùn)算哈希值的節(jié)點(diǎn)被稱作“礦工”，而PoW的過(guò)程被稱為“挖礦”。挖礦是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，所以也提出了相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制（例如向礦工授予一小部分比特幣）。PoW的優(yōu)點(diǎn)是完全的去中心化，其缺點(diǎn)是消耗大量算力造成了的資源浪費(fèi)，達(dá)成共識(shí)的周期也比較長(zhǎng)，共識(shí)效率低下，因此其不是很適合商業(yè)使用。

2. 加密貨幣的應(yīng)用實(shí)例

比特幣(Bitcoin) 及萊特幣(Litecoin)。以太坊(Ethereum) 的前三個(gè)階段（Frontier前沿、Homestead家園、Metropolis大都會(huì)）皆采用PoW機(jī)制，其第四個(gè)階段 (Serenity寧?kù)o) 將采用權(quán)益證明機(jī)制。PoW適用于公有鏈。

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)。

3. 簡(jiǎn)圖理解模式

（ps：其中A、B、C、D計(jì)算哈希值的過(guò)程即為“挖礦”，為了犒勞時(shí)間成本的付出，機(jī)制會(huì)以一定數(shù)量的比特幣作為激勵(lì)。）

（Ps：PoS模式下，你的“挖礦”收益正比于你的幣齡(幣的數(shù)量*天數(shù))，而與電腦的計(jì)算性能無(wú)關(guān)。我們可以認(rèn)為任何具有概率性事件的累計(jì)都是工作量證明，如淘金。假設(shè)礦石含金量為p% 質(zhì)量, 當(dāng)你得到一定量黃金時(shí)，我們可以認(rèn)為你一定挖掘了1/p 質(zhì)量的礦石。而且得到的黃金數(shù)量越多，這個(gè)證明越可靠。）

（二）PoS（Proof of Stake）股權(quán)/權(quán)益證明機(jī)制

1.基本介紹

PoS要求人們證明貨幣數(shù)量的所有權(quán)，其相信擁有貨幣數(shù)量多的人攻擊網(wǎng)絡(luò)的可能性低?；谫~戶余額的選擇是非常不公平的，因?yàn)閱我蛔罡挥械娜藙?shì)必在網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位，所以提出了許多解決方案。

在股權(quán)證明機(jī)制中，每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)稱為“幣權(quán)”的交易，這個(gè)交易會(huì)按照一定比例預(yù)先將一些幣發(fā)給礦工。然后股權(quán)證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)持有代幣的比例和時(shí)間（幣齡）， 依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，以加快節(jié)點(diǎn)尋找隨機(jī)數(shù)的速度，縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間。

與PoW相比，PoS可以節(jié)省更多的能源，更有效率。但是由于挖礦成本接近于0，因此可能會(huì)遭受攻擊。且PoS在本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算，所以它同樣難以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。

2.數(shù)字貨幣的應(yīng)用實(shí)例

PoS機(jī)制下較為成熟的數(shù)字貨幣是點(diǎn)點(diǎn)幣（Peercoin）和未來(lái)幣（NXT），相比于PoW，PoS機(jī)制節(jié)省了能源，引入了" 幣天 "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，持幣人持有的幣天即清零，重新進(jìn)入新的循環(huán)。

PoS適用于公有鏈。

3.區(qū)塊簽署人的產(chǎn)生方式

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)格也更容易受到波動(dòng)。由于可能會(huì)存在少量大戶持有整個(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"幣天"）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。

4.簡(jiǎn)圖理解模式

（PS：擁有越多“股份”權(quán)益的人越容易獲取賬權(quán)。是指獲得多少貨幣，取決于你挖礦貢獻(xiàn)的工作量，電腦性能越好，分給你的礦就會(huì)越多。）

（在純POS體系中，如NXT，沒(méi)有挖礦過(guò)程，初始的股權(quán)分配已經(jīng)固定，之后只是股權(quán)在交易者之中流轉(zhuǎn)，非常類似于現(xiàn)實(shí)世界的股票。）

（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權(quán)證明機(jī)制

1.基本介紹

由于PoS的種種弊端，由此比特股首創(chuàng)的權(quán)益代表證明機(jī)制 DPoS（Delegated Proof of Stake）應(yīng)運(yùn)而生。DPoS 機(jī)制中的核心的要素是選舉，每個(gè)系統(tǒng)原生代幣的持有者在區(qū)塊鏈里面都可以參與選舉，所持有的代幣余額即為投票權(quán)重。通過(guò)投票，股東可以選舉出理事會(huì)成員，也可以就關(guān)系平臺(tái)發(fā)展方向的議題表明態(tài)度，這一切構(gòu)成了社區(qū)自治的基礎(chǔ)。股東除了自己投票參與選舉外，還可以通過(guò)將自己的選舉票數(shù)授權(quán)給自己信任的其它賬戶來(lái)代表自己投票。

具體來(lái)說(shuō)， DPoS由比特股（Bitshares）項(xiàng)目組發(fā)明。股權(quán)擁有著選舉他們的代表來(lái)進(jìn)行區(qū)塊的生成和驗(yàn)證。DPoS類似于現(xiàn)代企業(yè)董事會(huì)制度，比特股系統(tǒng)將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表， 然后由這些代表負(fù)責(zé)生成和驗(yàn)證區(qū)塊。 持幣者若想稱為一名代表，需先用自己的公鑰去區(qū)塊鏈注冊(cè)，獲得一個(gè)長(zhǎng)度為32位的特有身份標(biāo)識(shí)符，股東可以對(duì)這個(gè)標(biāo)識(shí)符以交易的形式進(jìn)行投票，得票數(shù)前101位被選為代表。

代表們輪流產(chǎn)生區(qū)塊，收益（交易手續(xù)費(fèi)）平分。DPoS的優(yōu)點(diǎn)在于大幅減少了參與區(qū)塊驗(yàn)證和記賬的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，從而縮短了共識(shí)驗(yàn)證所需要的時(shí)間，大幅提高了交易效率。從某種角度來(lái)說(shuō)，DPoS可以理解為多中心系統(tǒng)，兼具去中心化和中心化優(yōu)勢(shì)。優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證。缺點(diǎn)：投票積極性不高，絕大部分代幣持有者未參與投票；另整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴于代幣，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要代幣存在的。

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，從而解決了因?yàn)镻oS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(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。 因?yàn)楣艑殧?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。

2. 股份授權(quán)證明機(jī)制下的機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)

理事會(huì)是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的權(quán)力機(jī)構(gòu)，理事會(huì)的人選由系統(tǒng)股東（即持幣人）選舉產(chǎn)生，理事會(huì)成員有權(quán)發(fā)起議案和對(duì)議案進(jìn)行投票表決。

理事會(huì)的重要職責(zé)之一是根據(jù)需要調(diào)整系統(tǒng)的可變參數(shù)，這些參數(shù)包括：

l 費(fèi)用相關(guān)：各種交易類型的費(fèi)率。

l 授權(quán)相關(guān)：對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的第三方平臺(tái)收費(fèi)及補(bǔ)貼相關(guān)參數(shù)。

l 區(qū)塊生產(chǎn)相關(guān)：區(qū)塊生產(chǎn)間隔時(shí)間，區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

l 身份審核相關(guān)：審核驗(yàn)證異常機(jī)構(gòu)賬戶的信息情況。

l 同時(shí)，關(guān)系到理事會(huì)利益的事項(xiàng)將不通過(guò)理事會(huì)設(shè)定。

在Finchain系統(tǒng)中，見(jiàn)證人負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)廣播出來(lái)的各種交易并打包到區(qū)塊中，其工作類似于比特幣網(wǎng)絡(luò)中的礦工，在采用 PoW(工作量證明)的比特幣網(wǎng)絡(luò)中，由一種獲獎(jiǎng)概率取決于哈希算力的抽彩票方式來(lái)決定哪個(gè)礦工節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生下一個(gè)區(qū)塊。而在采用 DPoS 機(jī)制的金融鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)理事會(huì)投票決定見(jiàn)證人的數(shù)量，由持幣人投票來(lái)決定見(jiàn)證人人選。入選的活躍見(jiàn)證人按順序打包交易并生產(chǎn)區(qū)塊，在每一輪區(qū)塊生產(chǎn)之后，見(jiàn)證人會(huì)在隨機(jī)洗牌決定新的順序后進(jìn)入下一輪的區(qū)塊生產(chǎn)。

3. DPoS的應(yīng)用實(shí)例

比特股(bitshares) 采用DPoS。DPoS主要適用于聯(lián)盟鏈。

4.簡(jiǎn)圖理解模式

（四）PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法

1. 基本介紹

PBFT是一種基于嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明的算法，需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的信息交互和局部共識(shí)來(lái)達(dá)成最終的一致輸出。三個(gè)階段分別為預(yù)備 (pre-prepare)、準(zhǔn)備 (prepare)、落實(shí) (commit)。PBFT算法證明系統(tǒng)中只要有2/3比例以上的正常節(jié)點(diǎn)，就能保證最終一定可以輸出一致的共識(shí)結(jié)果。換言之，在使用PBFT算法的系統(tǒng)中，至多可以容忍不超過(guò)系統(tǒng)全部節(jié)點(diǎn)數(shù)量1/3的失效節(jié)點(diǎn) (包括有意誤導(dǎo)、故意破壞系統(tǒng)、超時(shí)、重復(fù)發(fā)送消息、偽造簽名等的節(jié)點(diǎn)，又稱為”拜占庭”節(jié)點(diǎn))。

2. PBFT的應(yīng)用實(shí)例

著名聯(lián)盟鏈Hyperledger Fabric v0.6采用的是PBFT，v1.0又推出PBFT的改進(jìn)版本SBFT。PBFT主要適用于私有鏈和聯(lián)盟鏈。

3. 簡(jiǎn)圖理解模式

上圖顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的PBFT的協(xié)議通信模式，其中C為客戶端，0 – 3表示服務(wù)節(jié)點(diǎn)，其中0為主節(jié)點(diǎn)，3為故障節(jié)點(diǎn)。整個(gè)協(xié)議的基本過(guò)程如下：

(1) 客戶端發(fā)送請(qǐng)求，激活主節(jié)點(diǎn)的服務(wù)操作；

(2) 當(dāng)主節(jié)點(diǎn)接收請(qǐng)求后，啟動(dòng)三階段的協(xié)議以向各從節(jié)點(diǎn)廣播請(qǐng)求；

(a) 序號(hào)分配階段，主節(jié)點(diǎn)給請(qǐng)求賦值一個(gè)序號(hào)n，廣播序號(hào)分配消息和客戶端的請(qǐng)求消息m，并將構(gòu)造pre-prepare消息給各從節(jié)點(diǎn)；

(b) 交互階段，從節(jié)點(diǎn)接收pre-prepare消息，向其他服務(wù)節(jié)點(diǎn)廣播prepare消息；

(c) 序號(hào)確認(rèn)階段，各節(jié)點(diǎn)對(duì)視圖內(nèi)的請(qǐng)求和次序進(jìn)行驗(yàn)證后，廣播commit消息，執(zhí)行收到的客戶端的請(qǐng)求并給客戶端響應(yīng)。

(3) 客戶端等待來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，若有m+1個(gè)響應(yīng)相同，則該響應(yīng)即為運(yùn)算的結(jié)果；

（五）DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權(quán)拜占庭容錯(cuò)算法

1. 基本介紹

DBFT建基于PBFT的基礎(chǔ)上，在這個(gè)機(jī)制當(dāng)中，存在兩種參與者，一種是專業(yè)記賬的“超級(jí)節(jié)點(diǎn)”，一種是系統(tǒng)當(dāng)中不參與記賬的普通用戶。普通用戶基于持有權(quán)益的比例來(lái)投票選出超級(jí)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需要通過(guò)一項(xiàng)共識(shí)（記賬）時(shí)，在這些超級(jí)節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)推選出一名發(fā)言人擬定方案，然后由其他超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)拜占庭容錯(cuò)算法（見(jiàn)上文），即少數(shù)服從多數(shù)的原則進(jìn)行表態(tài)。如果超過(guò)2/3的超級(jí)節(jié)點(diǎn)表示同意發(fā)言人方案，則共識(shí)達(dá)成。這個(gè)提案就成為最終發(fā)布的區(qū)塊，并且該區(qū)塊是不可逆的，所有里面的交易都是百分之百確認(rèn)的。如果在一定時(shí)間內(nèi)還未達(dá)成一致的提案，或者發(fā)現(xiàn)有非法交易的話，可以由其他超級(jí)節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起提案，重復(fù)投票過(guò)程，直至達(dá)成共識(shí)。

2. DBFT的應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)加密貨幣及區(qū)塊鏈平臺(tái)NEO是 DBFT算法的研發(fā)者及采用者。

3. 簡(jiǎn)圖理解模式

假設(shè)系統(tǒng)中只有四個(gè)由普通用戶投票選出的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需要通過(guò)一項(xiàng)共識(shí)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)從代表中隨機(jī)選出一名發(fā)言人擬定方案。發(fā)言人會(huì)將擬好的方案交給每位代表，每位代表先判斷發(fā)言人的計(jì)算結(jié)果與它們自身紀(jì)錄的是否一致，再與其它代表商討驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否正確。如果2/3的代表一致表示發(fā)言人方案的計(jì)算結(jié)果是正確的，那么方案就此通過(guò)。

如果只有不到2/3的代表達(dá)成共識(shí)，將隨機(jī)選出一名新的發(fā)言人，再重復(fù)上述流程。這個(gè)體系旨在保護(hù)系統(tǒng)不受無(wú)法行使職能的領(lǐng)袖影響。

上圖假設(shè)全體節(jié)點(diǎn)都是誠(chéng)實(shí)的，達(dá)成100%共識(shí)，將對(duì)方案A（區(qū)塊）進(jìn)行驗(yàn)證。

鑒于發(fā)言人是隨機(jī)選出的一名代表，因此他可能會(huì)不誠(chéng)實(shí)或出現(xiàn)故障。上圖假設(shè)發(fā)言人給3名代表中的2名發(fā)送了惡意信息（方案B），同時(shí)給1名代表發(fā)送了正確信息（方案A）。

在這種情況下該惡意信息（方案B）無(wú)法通過(guò)。中間與右邊的代表自身的計(jì)算結(jié)果與發(fā)言人發(fā)送的不一致，因此就不能驗(yàn)證發(fā)言人擬定的方案，導(dǎo)致2人拒絕通過(guò)方案。左邊的代表因接收了正確信息，與自身的計(jì)算結(jié)果相符，因此能確認(rèn)方案，繼而成功完成1次驗(yàn)證。但本方案仍無(wú)法通過(guò)，因?yàn)椴蛔?/3的代表達(dá)成共識(shí)。接著將隨機(jī)選出一名新發(fā)言人，重新開(kāi)始共識(shí)流程。

上圖假設(shè)發(fā)言人是誠(chéng)實(shí)的，但其中1名代表出現(xiàn)了異常；右邊的代表向其他代表發(fā)送了不正確的信息（B）。

在這種情況下發(fā)言人擬定的正確信息（A）依然可以獲得驗(yàn)證，因?yàn)樽筮吪c中間誠(chéng)實(shí)的代表都可以驗(yàn)證由誠(chéng)實(shí)的發(fā)言人擬定的方案，達(dá)成2/3的共識(shí)。代表也可以判斷到底是發(fā)言人向右邊的節(jié)點(diǎn)說(shuō)謊還是右邊的節(jié)點(diǎn)不誠(chéng)實(shí)。

（六）SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恒星共識(shí)協(xié)議

1. 基本介紹

SCP 是 Stellar (一種基于互聯(lián)網(wǎng)的去中心化全球支付協(xié)議) 研發(fā)及使用的共識(shí)算法，其建基于聯(lián)邦拜占庭協(xié)議 (Federated Byzantine Agreement) 。傳統(tǒng)的非聯(lián)邦拜占庭協(xié)議（如上文的PBFT和DBFT）雖然確?？梢酝ㄟ^(guò)分布式的方法達(dá)成共識(shí)，并達(dá)到拜占庭容錯(cuò) (至多可以容忍不超過(guò)系統(tǒng)全部節(jié)點(diǎn)數(shù)量1/3的失效節(jié)點(diǎn))，它是一個(gè)中心化的系統(tǒng) — 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和身份必須提前知曉且驗(yàn)證過(guò)。而聯(lián)邦拜占庭協(xié)議的不同之處在于它能夠去中心化的同時(shí)，又可以做到拜占庭容錯(cuò)。

[…]

（七）RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識(shí)算法

1. 基本介紹

RPCA是Ripple（一種基于互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)源支付協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)去中心化的貨幣兌換、支付與清算功能）研發(fā)及使用的共識(shí)算法。在 Ripple 的網(wǎng)絡(luò)中，交易由客戶端（應(yīng)用）發(fā)起，經(jīng)過(guò)追蹤節(jié)點(diǎn)（tracking node）或驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（validating node）把交易廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。追蹤節(jié)點(diǎn)的主要功能是分發(fā)交易信息以及響應(yīng)客戶端的賬本請(qǐng)求。驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)除包含追蹤節(jié)點(diǎn)的所有功能外，還能夠通過(guò)共識(shí)協(xié)議，在賬本中增加新的賬本實(shí)例數(shù)據(jù)。

Ripple 的共識(shí)達(dá)成發(fā)生在驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)之間，每個(gè)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)都預(yù)先配置了一份可信任節(jié)點(diǎn)名單，稱為 UNL（Unique Node List）。在名單上的節(jié)點(diǎn)可對(duì)交易達(dá)成進(jìn)行投票。共識(shí)過(guò)程如下：

(1) 每個(gè)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷收到從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的交易，通過(guò)與本地賬本數(shù)據(jù)驗(yàn)證后，不合法的交易直接丟棄，合法的交易將匯總成交易候選集（candidate set）。交易候選集里面還包括之前共識(shí)過(guò)程無(wú)法確認(rèn)而遺留下來(lái)的交易。

(2) 每個(gè)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)把自己的交易候選集作為提案發(fā)送給其他驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)。

(3) 驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)在收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的提案后，如果不是來(lái)自UNL上的節(jié)點(diǎn)，則忽略該提案；如果是來(lái)自UNL上的節(jié)點(diǎn)，就會(huì)對(duì)比提案中的交易和本地的交易候選集，如果有相同的交易，該交易就獲得一票。在一定時(shí)間內(nèi)，當(dāng)交易獲得超過(guò)50%的票數(shù)時(shí)，則該交易進(jìn)入下一輪。沒(méi)有超過(guò)50%的交易，將留待下一次共識(shí)過(guò)程去確認(rèn)。

(4) 驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)把超過(guò)50%票數(shù)的交易作為提案發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)，同時(shí)提高所需票數(shù)的閾值到60%，重復(fù)步驟(3)、步驟(4)，直到閾值達(dá)到80%。

(5) 驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)把經(jīng)過(guò)80%UNL節(jié)點(diǎn)確認(rèn)的交易正式寫入本地的賬本數(shù)據(jù)中，稱為最后關(guān)閉賬本（last closed ledger），即賬本最后（最新）的狀態(tài)。

在Ripple的共識(shí)算法中，參與投票節(jié)點(diǎn)的身份是事先知道的，因此，算法的效率比PoW等匿名共識(shí)算法要高效，交易的確認(rèn)時(shí)間只需幾秒鐘。這點(diǎn)也決定了該共識(shí)算法只適合于聯(lián)盟鏈或私有鏈。Ripple共識(shí)算法的拜占庭容錯(cuò)（BFT）能力為（n-1）/5，即可以容忍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中20%的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)拜占庭錯(cuò)誤而不影響正確的共識(shí)。

2. 簡(jiǎn)圖理解模式

共識(shí)過(guò)程節(jié)點(diǎn)交互示意圖：

共識(shí)算法流程：

（八）POOL驗(yàn)證池共識(shí)機(jī)制

Pool驗(yàn)證池共識(shí)機(jī)制是基于傳統(tǒng)的分布式一致性算法（Paxos和Raft）的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的機(jī)制。Paxos算法是1990年提出的一種基于消息傳遞且具有高度容錯(cuò)特性的一致性算法。過(guò)去, Paxos一直是分布式協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，但是Paxos難于理解，更難以實(shí)現(xiàn)。Raft則是在2013年發(fā)布的一個(gè)比Paxos簡(jiǎn)單又能實(shí)現(xiàn)Paxos所解決問(wèn)題的一致性算法。Paxos和Raft達(dá)成共識(shí)的過(guò)程皆如同選舉一樣，參選者需要說(shuō)服大多數(shù)選民(服務(wù)器)投票給他，一旦選定后就跟隨其操作。Paxos和Raft的區(qū)別在于選舉的具體過(guò)程不同。而Pool驗(yàn)證池共識(shí)機(jī)制即是在這兩種成熟的分布式一致性算法的基礎(chǔ)上，輔之以數(shù)據(jù)驗(yàn)證的機(jī)制。

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