1、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數(shù)字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

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

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國時期就發(fā)明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個節(jié)點就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統(tǒng)有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數(shù)字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發(fā)的一個“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在太專業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數(shù)；技術上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網(wǎng)節(jié)點就認可了他所付出的成本，承認新的區(qū)塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或?qū)嶋H用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點來控制網(wǎng)絡。

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

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PoS，權益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點記賬權的獲得難度與節(jié)點持有的權益成反比，也就是說，一個節(jié)點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區(qū)塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據(jù)每個節(jié)點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數(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被標記時間戳，這個時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個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

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

如此一來，PoS區(qū)塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

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

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來維持正常運作。

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

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

2、兩種共識機制對比(PoW vs PoS)

區(qū)塊鏈中最核心的架構就是共識機制，可以說是區(qū)塊鏈的驅(qū)動引擎，發(fā)展這么多年，目前主流比較明確經(jīng)得住考驗的就只剩下PoW(Proof of Work)與PoS(Proof of Stake)兩種機制。簡單概述下，PoW系統(tǒng)的特點是通過消耗大量算力來計算特定算法的解（典型如哈希），第一個算出結果的有權生成區(qū)塊，同時也會得到coin作為獎勵（這也是coin的生產(chǎn)與分發(fā)過程，形象地稱為Mining），采用PoW的典型區(qū)塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運行時間最長，被公認為是最可靠安全的共識機制； 其本質(zhì)是通過消耗大量算力來實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的逆熵過程，保證系統(tǒng)的長期安全與穩(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就被認為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過質(zhì)押系統(tǒng)中的資產(chǎn)即coin來成為一個質(zhì)押者（staker），這樣就有權產(chǎn)出區(qū)塊，質(zhì)押份額越多，獲得產(chǎn)出區(qū)塊權的概率就越高，也代表著獎勵越多。

在分布式系統(tǒng)中有一個 CAP 定理，是指一個分布式系統(tǒng)中存在著三元悖論，即不可能同時滿足這三個特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區(qū)容錯性 (Partition tolerance)，而只能滿足其中兩個。區(qū)塊鏈作為一種分布式網(wǎng)絡，這個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 可擴展性 (Scalability) ，也是同時只能滿足兩個特性。

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 可擴展性 (Scalability) ，這也是Bitcoin網(wǎng)絡的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統(tǒng)更關注的是 可擴展性 (Scalability) 與 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 實現(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)的更長期穩(wěn)定的角度出發(fā)，我個人是堅定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關，并不是特別看好PoS作為基礎層能比較穩(wěn)定。特別是像這次 5月份的Luna事件 ，事件大概的過程是Luna鏈上的算法穩(wěn)定幣UST缺乏價值支撐最終脫錨，其核心問題在于UST的錨定設計試圖用一個PoS股權系統(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的兌換設計缺陷最終導致Luna自身的死亡螺旋。但這個事件更大的意義應該是敲響了一個警鐘，PoS機制在面對空頭資本砸盤時真的還能維持穩(wěn)定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時節(jié)點數(shù)量萎縮的速度會很快，逐漸趨于中心化。

所有系統(tǒng)設計都需要根據(jù)自身定位來折中，以下從價值錨定的角度，簡單分析下為什么長期來看PoW會更有優(yōu)勢。

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，使得這個系統(tǒng)達到一個穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。而PoS系統(tǒng)中，將Miner這個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） ，因此該群體濫用權力的行為會變得相對不受限制，并且該鏈隨后的發(fā)展方向也可能會更加不平衡，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可的價值，抽象上來看就是高代價的稀缺性 ，高代價與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多只能實現(xiàn)其中一個稀缺性。

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)、升級硬件、優(yōu)化基礎設施和運營規(guī)模來保持其競爭力。最終結果是，能夠長期持續(xù)盈利的Miner并不會是一個一層不變的群體，而是總在競爭中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來。這也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因為不斷變化的Miner群體意味著沒有一個Miner可以在相當長的時間內(nèi)保持網(wǎng)絡的大部分算力，除非他們通過嚴酷的競爭考驗，不斷優(yōu)化自身來提供更多的算力。

而PoS系統(tǒng)中的質(zhì)押者實際上并多少真正的風險投入，也沒有優(yōu)勝劣汰的嚴酷競爭機制，他們只需要簡單地運行一個staker節(jié)點就可以躺著賺利息，本質(zhì)上只是將自己在銀行系統(tǒng)里的錢簡單的轉(zhuǎn)化為鏈上資本，就可以坐地收割后進入這個系統(tǒng)的新人。這種行為并沒有太多難度，只是簡單地賺取“無風險”利息，他們并沒有將資本轉(zhuǎn)化為任何形式的需要面臨風險考驗的投資。

而且當發(fā)生硬分叉時，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時會更為謹慎，因為他們需要投入高昂的電力成本來為他們的選擇背書，一旦選錯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)，由于沒有什么沉默成本，導致質(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 問題。

PoW是真正能做到無準入限制的(Permissionless)，就是說已經(jīng)在這個系統(tǒng)中的老人無法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網(wǎng)絡中產(chǎn)出coin。而PoS系統(tǒng)中，新人要進入，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，設備，基礎設施等），產(chǎn)出coin后也不得不賣出一些以彌補成本，這同時也是一種把coin分發(fā)給更多人的過程； 特別是在熊市，Miner為了維持開銷也不得不低價賤賣coin，這樣新人才有機會以相對低的成本獲得籌碼入場，這才是一個健康的生態(tài)擴張過程 。而PoS中由于質(zhì)押者并沒有什么運行成本，也不需要面對太多競爭，質(zhì)押者出塊得到coin后不需要急著賣出，更容易哄抬價格，其實會變相激勵場內(nèi)老人剝削新入場者，不給后來人更多機會；整個系統(tǒng)會趨向于更封閉，逐漸演變成一個有限游戲，長期運行下去只會越來越中心化；系統(tǒng)中財富越來越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實現(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，隨著時間的推移這些工作量都會被累積起來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，還需要相當長的時間，這也為應對攻擊提供了足夠長的時間緩沖。

而PoS系統(tǒng)其實只是維護一個分布式賬本， 并沒有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉(zhuǎn)整條鏈就是相當容易的，幾分鐘就可以搞定。

嚴格來說由PoW算力支撐的BTC不應歸為高科技類，由于它整個系統(tǒng)架構更保守更穩(wěn)定，提供的更多的是一種 物化價值(objective costliness) ，更能作為價值之錨，所以數(shù)字黃金這個稱號很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級后為PoS）這些更接近科技類創(chuàng)新平臺，PoS本質(zhì)上更像是一種股權系統(tǒng)，其實PoS系統(tǒng)反而是需要中心化，偏向更依靠整個社區(qū)的生命力，需要依靠核心團隊的創(chuàng)新與開拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩(wěn)定與提供 物化價值(objective costliness) 。

區(qū)塊鏈作為一個價值分配系統(tǒng)， 算力是它的價值之錨，如果沒有算力，就會退化為一個股權系統(tǒng) 。算力在哪，資金就會跟去哪。目前的發(fā)展趨勢也是逐漸往多層網(wǎng)絡的方向發(fā)展，類似TCP/IP的多層協(xié)議棧。從作為基礎層(Base Layer)的角度看，更需要的是長期穩(wěn)定與提供價值支撐，因此PoW系統(tǒng)更合適；而PoS可能更多的是可以作為Layer2以實現(xiàn) 可擴展性 (Scalability) ，彌補PoW基礎層的吞吐量不足，并通過錨定在PoW基礎層上來獲取算力安全性與價值支撐。

最后順帶說下最近市場行情，5,6月份以來的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數(shù)一度長時間停留在個位數(shù)；其實我覺得也沒必要那么恐慌，要在這個圈子長期活下去，面對這種大波動的心理預期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經(jīng)常提到一個詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬次打磨后留下來的細小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恒的一種堅持，有種經(jīng)常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺。這個和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價值的東西就應該具有這種品質(zhì)，PoW系統(tǒng)肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后經(jīng)歷過的各種事件，其實像這樣的大波動近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國內(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月份市場轉(zhuǎn)熊，每次經(jīng)歷大波動后，市場都會淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風險，對整個行業(yè)發(fā)展也是好事。眼光還是應該放遠一點，至少看5到10年后的變化，科技發(fā)展過程中所帶來的波動和風險是不可避免的，日光之下無新鮮事，每次科技革命過程中總會夾雜著眾多的反對、質(zhì)疑，還有眾多的投機、騙局；這個過程也總是通過各種暴雷、回歸，清除泡沫后價值重估，夯實了基礎后積蓄能量再次進入躍升到新的發(fā)展階段。 價值互聯(lián)網(wǎng)的到來是一件無法回避的事情 ，當理解和看清了這種趨勢后，規(guī)避掉各種坑和市場噪音，遠離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產(chǎn)，時間本身就會帶來回報。

3、pos機制的起源與設計理念

POS起源

2012年，背景是POW進淪為資本玩家的玩具，算力過于中心化，隨時都有被“51%攻擊”。

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

POS不用大量的算力來維持網(wǎng)絡安全，只要參與者打開自已的錢包在線增加權重，獲得相應的獎勵也就是利息。

POS的設計理念

我們應該都知道，比特幣的區(qū)塊產(chǎn)量每四年就會減半，這樣區(qū)塊的產(chǎn)量將會越來越少，礦工就會“曠工”，因為賺到的越來越少。

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)絡將會癱瘓。

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

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

女巫攻擊

這個名字是基于1973年的小說《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因為節(jié)點隨時加入和退出等原因，為了維護網(wǎng)絡的穩(wěn)定，同一份數(shù)據(jù)可能備份在很多節(jié)點上，這就是數(shù)據(jù)冗余機制。

若是在網(wǎng)絡上存在惡意節(jié)點，那這一個節(jié)點就具有多重身份。那這個惡意節(jié)點就可能騙到其他節(jié)點備份到他這里。

POW就是根據(jù)計算能力隨機，而POS則根據(jù)擁有財產(chǎn)隨機。POW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機制。

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

PoS的優(yōu)點

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，通過發(fā)行新幣以激勵參與者繼續(xù)參與網(wǎng)絡的壓力會下降。PoS機制下，全網(wǎng)每秒可以處理的交易數(shù)增加，可以提供比PoW機制更好的性能。

POS算法是個資本主義

你擁有的錢越多，得到的權利也就越大。為什么？

因為你在里面的錢越多你想要維護系統(tǒng)的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢也就只能是竹籃打水一場空。

POS算法

如果我手上有500個代幣，把它放進POS機制，這樣里面的500個代幣就變成了驗證者.假設它在區(qū)塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗證者里面抽取一個隨機的，給他們權利產(chǎn)生下一個區(qū)塊。

PoS 機制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個模式下，不持有 PoS 的人無法對 PoS 構成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素無關。

PoS機制源于人們對PoW機制的不滿以及改進。早期的PoS機制有各種缺陷，隨著各種項目對PoS機制的不斷改進，PoS正逐漸成為主流的共識機制。

4、pos機制解決了pow的()問題

pos機制解決了pow機制難以應用于商業(yè)領域的問題。

為了解決POW的問題，有人發(fā)明了POS機制。POS（Proof of Stake，權益證明）是根據(jù)你持有貨幣的量和時間進行利息分配的制度。POS機制最核心的邏輯就是——誰持有幣，誰就有網(wǎng)絡的控制權。

在POS機制中，仍然存在算力挖礦，需要算力解決一個數(shù)學難題。但數(shù)學難題的難度和持幣者的“幣齡”相關。簡單來說，持幣者持有幣的時間越長，難題越簡單，挖到幣的概率越大。但POS的問題是，大多數(shù)的持幣人沒有足夠的專業(yè)知識或足夠的預算，無法達到高性能節(jié)點所需的計算機硬件和軟件要求，這時候就有了DPOS機制。

5、深入了解區(qū)塊鏈的共識機制及算法原理

所謂“共識機制”，是通過特殊節(jié)點的投票，在很短的時間內(nèi)完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相干的若干個節(jié)點能夠達成共識，我們就可以認為全網(wǎng)對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那么基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點維持一份相同的數(shù)據(jù)，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統(tǒng)一的協(xié)議，也就是我們這里要將的共識算法。比特幣所有的節(jié)點都遵循統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范。協(xié)議規(guī)范（共識算法）由相關的共識規(guī)則組成，這些規(guī)則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規(guī)則（共識）的最終體現(xiàn)就是比特幣的最長鏈。共識算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉(zhuǎn)，從而保證整個記賬系統(tǒng)的一致性和可靠性。

區(qū)塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據(jù)區(qū)塊鏈協(xié)議即可實現(xiàn)交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區(qū)塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環(huán)境中，參與交易的各節(jié)點出于對自身利益考慮，沒有任何違規(guī)作弊的動機、行為，因此各節(jié)點會主動自覺遵守預先設定的規(guī)則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，并將檢驗通過的記錄寫入到區(qū)塊鏈中。各節(jié)點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產(chǎn)生，而當網(wǎng)絡中有的節(jié)點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區(qū)塊鏈技術運用基于數(shù)學原理的共識算法，在節(jié)點之間建立“信任”網(wǎng)絡，利用技術手段從而實現(xiàn)一種創(chuàng)新式的信用網(wǎng)絡。

目前區(qū)款連行業(yè)內(nèi)主流的共識算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對于工作量的證明，是生成要加入到區(qū)塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區(qū)塊)時必須滿足的要求。在基于工作量證明機制構建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中，節(jié)點通過計算隨機哈希散列的數(shù)值解爭奪記賬權，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點算力的具體表現(xiàn)。工作量證明機制具有完全去中心化的優(yōu)點，在以工作量證明機制為共識的區(qū)塊鏈中，節(jié)點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網(wǎng)絡就應用工作量證明機制來生產(chǎn)新的貨幣。然而，由于工作量證明機制在比特幣網(wǎng)絡中的應用已經(jīng)吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區(qū)塊鏈應用很難獲得同樣規(guī)模的算力來維持自身的安全。同時，基于工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制并不適合商業(yè)應用。

2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin，該加密電子貨幣采用工作量證明機制發(fā)行新幣，采用權益證明機制維護網(wǎng)絡安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執(zhí)行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創(chuàng)造一個新區(qū)塊時，礦工需要創(chuàng)建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權益證明機制根據(jù)每個節(jié)點擁有代幣的比例和時間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數(shù)的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡中的節(jié)點進行挖礦運算。因此，PoS機制并沒有從根本上解決PoW機制難以應用于商業(yè)領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網(wǎng)絡安全的共識機制。它在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內(nèi)置的實時股權人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策?；贒PoS機制建立的區(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)點投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點代表，由他們來代理全體節(jié)點確認區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運行。同時，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節(jié)點可以通過投票讓現(xiàn)任節(jié)點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現(xiàn)實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數(shù)量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區(qū)塊鏈在商業(yè)中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對于代幣的依賴，而在很多商業(yè)應用中并不需要代幣的存在。

Pool驗證池基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術建立，并輔之以數(shù)據(jù)驗證機制，是目前區(qū)塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。

Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現(xiàn)秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業(yè)模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠?qū)崿F(xiàn)的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區(qū)塊鏈工作量證明機制的一些算法原理以及比特幣網(wǎng)絡是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠?qū)沧R算法有一個基本的認識。

工作量證明系統(tǒng)的主要特征是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特征是不對稱性：工作對于請求方是適中中的，對于驗證方是易于驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易于被人類解決而不是易于被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子，給個一個基本的字符創(chuàng)“hello，world！”，我們給出的工作量要求是，可以在這個字符創(chuàng)后面添加一個叫做nonce（隨機數(shù)）的整數(shù)值，對變更后（添加nonce）的字符創(chuàng)進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以“0000”開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字符創(chuàng)進行SHA-256哈希運算。按照這個規(guī)則，需要經(jīng)過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為”Hello,World!+整數(shù)值”，整數(shù)值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數(shù)組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后對數(shù)組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由于哈希值偽隨機的特性，根據(jù)概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數(shù)的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統(tǒng)計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發(fā)現(xiàn)，進行計算的平均次數(shù)為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數(shù)學期望的計算次數(shù)實際就是要求的“工作量”，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統(tǒng)計學規(guī)律的概率事件。

統(tǒng)計輸入的字符創(chuàng)與得到對應目標結果實際使用的計算次數(shù)如下：

對于比特幣網(wǎng)絡中的任何節(jié)點，如果想生成一個新的區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中，則必須解決出比特幣網(wǎng)絡出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數(shù)、區(qū)塊及難度值。工作量證明函數(shù)是這道題的計算方法，區(qū)塊是這道題的輸入數(shù)據(jù)，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網(wǎng)絡中使用的工作量證明函數(shù)正是上文提及的SHA-256。區(qū)塊其實就是在工作量證明環(huán)節(jié)產(chǎn)生的。曠工通過不停地構造區(qū)塊數(shù)據(jù)，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區(qū)塊是不是符合網(wǎng)絡難度。區(qū)塊頭即比特幣工作量證明函數(shù)的輸入數(shù)據(jù)。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經(jīng)過多少次哈希運算才能產(chǎn)生一個合法的區(qū)塊。比特幣網(wǎng)絡大約每10分鐘生成一個區(qū)塊，如果在不同的全網(wǎng)算力條件下，新區(qū)塊的產(chǎn)生基本都保持這個速度，難度值必須根據(jù)全網(wǎng)算力的變化進行調(diào)整?？偟脑瓌t即為無論挖礦能力如何，使得網(wǎng)絡始終保持10分鐘產(chǎn)生一個新區(qū)塊。

難度值的調(diào)整是在每個完整節(jié)點中獨立自動發(fā)生的。每隔2016個區(qū)塊，所有節(jié)點都會按照統(tǒng)一的格式自動調(diào)整難度值，這個公式是由最新產(chǎn)生的2016個區(qū)塊的花費時長與期望時長（按每10分鐘產(chǎn)生一個取款，則期望時長為20160分鐘）比較得出來的，根據(jù)實際時長一期望時長的比值進行調(diào)整。也就是說，如果區(qū)塊產(chǎn)生的速度比10分鐘快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：

新難度值=舊難度值*（20160分鐘/過去2016個區(qū)塊花費時長）。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：

目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恒定值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區(qū)塊哈希值必須小于目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區(qū)塊頭（即嘗試不同nonce值）并將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數(shù)量的前導0），而要求的前導0個數(shù)越多，難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：

該過程可以用下圖表示：

比特幣的工作量證明，就是我們俗稱“挖礦”所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區(qū)塊鏈的共識機制奠定基礎。

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