1、細(xì)說(shuō)區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制之POA

POA全稱是proof of activity。他不是一種獨(dú)立的共識(shí)算法，而是POW和POS混合的算法，目前有唯鏈，歐鏈等采用了POA共識(shí)機(jī)制。

POA的算法大致流程是這樣的，每個(gè)活躍節(jié)點(diǎn)不斷的進(jìn)行哈希計(jì)算，尋找哈希值小于特定值的區(qū)塊頭，區(qū)塊頭中包括前區(qū)塊哈希值，本地節(jié)點(diǎn)的地址，區(qū)塊序號(hào)以及nonce值。當(dāng)節(jié)點(diǎn)找到滿足條件的區(qū)塊頭后，就會(huì)向全網(wǎng)廣播這個(gè)區(qū)塊頭，所有的活躍節(jié)點(diǎn)收到廣播進(jìn)行驗(yàn)證。若驗(yàn)證通過(guò)，則以廣播中的區(qū)塊頭作為數(shù)據(jù)源，導(dǎo)出N個(gè)隨機(jī)的股權(quán)所有者，所有的活躍節(jié)點(diǎn)判斷自己是否是哪個(gè)幸運(yùn)的股權(quán)人。如果自己是前面N-1個(gè)幸運(yùn)股權(quán)人中的一個(gè)，也一度用私鑰對(duì)上述的區(qū)塊頭進(jìn)行簽名。并且將這個(gè)簽名在全網(wǎng)廣播。如果自己是第N個(gè)幸運(yùn)股權(quán)持有者，則用這個(gè)區(qū)塊頭來(lái)構(gòu)建一個(gè)新的區(qū)塊，區(qū)塊中包含了自己選出的盡可能多的交易，前N-1個(gè)幸運(yùn)股權(quán)人的簽名還有自己對(duì)完整區(qū)塊鏈的哈希值的簽名。然后將這個(gè)簽名后的完整節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)廣播。所有的活躍節(jié)點(diǎn)在收到完整節(jié)點(diǎn)之后進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證通過(guò)則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)合法的新區(qū)塊。將其加入?yún)^(qū)塊鏈當(dāng)中去。

倘若這個(gè)區(qū)塊屬于最長(zhǎng)鏈，則以他為前區(qū)塊，轉(zhuǎn)回到最初的步驟，否則就做丟棄處理。不難發(fā)現(xiàn)，POA算法要求N個(gè)幸運(yùn)者全部在線，任意一個(gè)幸運(yùn)股權(quán)人不在線都將導(dǎo)致該區(qū)塊丟棄。

這也是活躍證明的由來(lái)，POA算法會(huì)周期性的統(tǒng)計(jì)被丟棄的區(qū)塊數(shù)量。并且按照這個(gè)來(lái)調(diào)整N的數(shù)值。如果丟棄的區(qū)塊數(shù)量比較多，那么就減少N，否則就增大N.

POA算法的區(qū)塊丟失是一種算力損失。POA算法中。區(qū)塊中的交易費(fèi)由區(qū)塊的發(fā)布者與n個(gè)幸運(yùn)股權(quán)人共享。

POA算法最重要的是它可以防止非厲害攻擊者。所謂的非厲害攻擊是指具有強(qiáng)大的算法，但是僅僅持有少量的股權(quán)的攻擊者。POA算法中POS部分使得非厲害者得到構(gòu)建區(qū)塊機(jī)會(huì)是非常少的。應(yīng)該我們無(wú)法有效的進(jìn)行攻擊。

POA算法中，幸運(yùn)股權(quán)人依靠資本獲利，這個(gè)想當(dāng)持有股篇而獲得股息，這種機(jī)制會(huì)估計(jì)持股人長(zhǎng)期持續(xù)這個(gè)股權(quán)有利于數(shù)字資產(chǎn)的保值以及減少波動(dòng)。

POAstay大眾的pow部分，通過(guò)哈希算法難度控制了新區(qū)塊頭生成的速度。起到穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，避免分叉的作用。

然而上述優(yōu)點(diǎn)的獲得也是有代價(jià)的，pow部分帶來(lái)的電力的損耗。而pos部分導(dǎo)致新區(qū)塊頭以及比較大的概率丟失，形成了算力的浪費(fèi)。

2、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。

3、區(qū)塊鏈中的權(quán)益證明機(jī)制(PoS)是什么?

老楊說(shuō)鏈：區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制權(quán)益證明POS

比特幣挖礦采用工作量證明機(jī)制，是什么意思呢？
權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake），簡(jiǎn)稱POS，也稱股權(quán)證明機(jī)制，類似于把資產(chǎn)存在銀行里，銀行會(huì)通過(guò)你持有數(shù)字資產(chǎn)的數(shù)量和時(shí)間給你分配相應(yīng)的收益。
同理，采用PoS的數(shù)字資產(chǎn)，系統(tǒng)根據(jù)你的幣齡給你分配相應(yīng)的權(quán)益，幣齡是你持幣數(shù)量和時(shí)間的乘積。比如你持有100個(gè)幣，總共持有了30天，那么，此時(shí)你的幣齡就為3000。
相較PoW（工作量證明機(jī)制），PoS存在2個(gè)優(yōu)勢(shì)。第一，PoS不會(huì)造成過(guò)多的電力浪費(fèi)，因?yàn)镻oS不需要靠比拼算力挖礦。第二，POS更難進(jìn)行51%攻擊。擁有51%幣才能發(fā)起攻擊，網(wǎng)絡(luò)受到攻擊卻會(huì)造成自己利益受損，顯然很不劃算。
相較PoW（工作量證明機(jī)制），PoS存在2個(gè)優(yōu)勢(shì)。第一，PoS不會(huì)造成過(guò)多的電力浪費(fèi)，因?yàn)镻oS不需要靠比拼算力挖礦。第二，POS更難進(jìn)行51%攻擊。擁有51%幣才能發(fā)起攻擊，網(wǎng)絡(luò)受到攻擊卻會(huì)造成自己利益受損，顯然很不劃算。
目前，有很多數(shù)字資產(chǎn)用PoW發(fā)行新幣，用PoS維護(hù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全。

4、號(hào)稱“區(qū)塊鏈的靈魂”的共識(shí)機(jī)制是什么?

我們知道區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕植际接涃~技術(shù)，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)當(dāng)中，沒(méi)有一個(gè)像銀行一樣的中心化記賬機(jī)構(gòu)，如何保證每一筆交易在所有記賬節(jié)點(diǎn)上的一致性呢？共識(shí)機(jī)制解決的就是這個(gè)問(wèn)題，因此也可以說(shuō)共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈的靈魂。

目前比較常見(jiàn)的共識(shí)機(jī)制有：工作量證明 PoW（Proof of Work）、權(quán)益證明（Proof of Stake）以及委托權(quán)益證明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量證明機(jī)制

POW的全稱為Proof of Work,翻譯過(guò)來(lái)即“工作證明”或者“工作量證明”。挖礦獲得多少貨幣獎(jiǎng)勵(lì)，取決于挖礦貢獻(xiàn)的有效工作，也就是說(shuō)礦機(jī)的性能越好、挖礦的時(shí)間越長(zhǎng)，所獲得的貨幣獎(jiǎng)勵(lì)就越多。

BTC就是POW機(jī)制下最成功的加密貨幣。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)。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

權(quán)益證明機(jī)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(shí)間，來(lái)發(fā)利息的的一個(gè)模式。

POS機(jī)制，相比于POW，POS機(jī)制節(jié)省了能源，引入了“幣齡”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(mǎi)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“幣齡”即清零，重新進(jìn)入新的循環(huán)。

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“幣齡”）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。

 03 

DPoS

委托權(quán)益證明機(jī)制

DPOS即授權(quán)股權(quán)證明（delegated proof of stake）。

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。

 04  其他共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中還有其它共識(shí)機(jī)制比如聯(lián)盟鏈常用的PBFT，新經(jīng)幣（NEM）用的POI等。這些共識(shí)機(jī)制是為了解決現(xiàn)有共識(shí)機(jī)制的一些缺點(diǎn)而被提出的。但目前使用的系統(tǒng)不如POW，POS和DPOS多。

共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的核心，它決定了一個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的去中心化程度，性能和安全性。因此公鏈的開(kāi)發(fā)中，共識(shí)機(jī)制的設(shè)計(jì)是核心和關(guān)鍵。

5、區(qū)塊鏈共識(shí)算法――(二)PoS共識(shí)(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數(shù) 字 貨 幣 愛(ài) 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權(quán)益證明 PoS 共識(shí)算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發(fā)布的點(diǎn)點(diǎn)幣 (Peercoin, PPC) 中首次實(shí)現(xiàn). PoS 由 系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點(diǎn)獲得記賬 權(quán), 其中權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)對(duì)特定數(shù)量貨幣的所有權(quán), 稱為幣齡或幣天數(shù) (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費(fèi)資源而提出的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是 誰(shuí)的權(quán)益大，誰(shuí)說(shuō)了算 。

PoS共識(shí)機(jī)制（Proof of Stake 權(quán)益證明）通過(guò)權(quán)益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費(fèi)、節(jié)點(diǎn)一致性等問(wèn)題。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（權(quán)益提高），系統(tǒng)通過(guò)算法在其中選擇一部分作為出塊節(jié)點(diǎn)（礦工），每隔一段時(shí)間重新選擇，算法會(huì)保證完全隨機(jī)，不可被操控。只有出塊節(jié)點(diǎn)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，爭(zhēng)奪記賬權(quán)。

權(quán)益主要由權(quán)益因子決定，可以是持幣數(shù)量，也可以是幣齡及兩者的結(jié)合。

以太坊在之后很有可能會(huì)改用PoS進(jìn)行共識(shí)，其更加符合以太坊高效率的特點(diǎn)。

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