[转]区块链中的几种常见的共识机制

所谓的工作量证明,也就是Proof of Work,简称PoW,在实际的工作中,工作量只能从结果来证明,毕竟监测工作的过程通常是烦琐而且低效的。...

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作者:国玺同学爱折腾

来源:百家号

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工作量证明

所谓的工作量证明,也就是Proof of Work,简称PoW,在实际的工作中,工作量只能从结果来证明,毕竟监测工作的过程通常是烦琐而且低效的。

比特币在区块的生成过程中就使用了PoW机制,具体表现为一个符合要求的区块哈希值由N个前导零构成,零的个数取决于网络的难度值。想要得到合理的区块哈希值需要经过大量的尝试计算,计算的时间则取决于机器的哈希运算速度。当某个节点提供出一个合理的区块哈希值,就说明该节点确实经过了大量的尝试性计算,当然,到了这一步并不能就此得出计算次数的绝对值,毕竟寻找合理的哈希值是一个概率事件,当节点拥有占全网n%的计算能力时,该节点也就有n%的概率找到区块的哈希值。

PoW依靠机器进行数学运算来获取记账权,对资源的消耗很大, 共识机制高,可监管性弱,与此同时每次达成共识需要全网共同参与,性能效率比较低,在容错性方面,允许全网50%的节点出错,优缺点同样也很明显。

PoW的优点:完全去中心化,节点自由进出。PoW的缺点:目前比特币已经吸引了全球大部分的运算能力,其他再使用PoW共识机制的区块链应用很难获得相同的计算能力来保障自身的安全,同时由于挖矿造成大量的资源被浪费,共识达成的周期很长。

目前使用PoW的项目主要有:比特币、以太坊的前三个阶段,Frontier(前沿)、Homestead(家园)、Metropolis(大都会)。而以太坊的第四个阶段:S热热你同意(宁静)将采用权益证明机制。

权益证明

权益证明(Proof of Stake 简称PoS),由Quantum Mechanic 在2011年在一次比特币论坛上首先提出,后来又经过Peercoin(点点币)和NXT(未来币以不同的思路来实现。

PoS的主要理念是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比,相比于PoW,其在一定程度上减少了数学运算所带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升,但依然还是基于哈希运算通过竞争来获取记账权的方式,可监管性依然很弱,这种共识机制的容错性和PoW相同,可以将其视为PoW的一种升级,根据每个节点所占代币的比例和时间,等比例的降低挖矿的难度,从而加快找到随机数的速度。

在PoW中,一个用户可能拿1000美元来购买计算机,并加入网络来挖矿借此来产生新的区块,从而得到奖励。而在PoS中,用户则可以拿1000美元来购买等价的代币,并将这些代币作为押金放入到PoS机制中,这样一来用户就会有机会因为产生新的区块而得到奖励。

从整体上来看,这个系统之中存在着一个持币人的集合,他们将手中的代币放入PoS机制中,这样以来他们就变成了验证者,比如对于区块链最前面的一个区块来说,PoS算法在验证者中随机选取一个(选择验证者的权重依据他们投入的代币的量),给他权利产生下一个区块,如果在一定的时间内,这个验证者没有产生任何一个区块,则选出第二个验证这来代替产生新的区块。与PoW一样,PoS以最长的链为准。同样PoS的优缺点也很明显。

PoS的优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间,不再需要消耗大量的能源去挖矿。

PoS的缺点:还是需要挖矿,没有从本质上解决商业应用的痛点,所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击的影响。

股份授权证明

BitShares(比特股)社区首先提出了股份授权证明(简称DPOS)机制,他与PoS的最主要区别在于节点需要选举若干的代理人由代理人来验证和记账,但是其合规监管、性能、资源消耗和容错性能与POS相似,类似于董事会的投票,持币者投出一定数量的节点,进行代理验证和记账。

DPOS的主要工作原理为,每一个股东按其持股比例拥有相应的影响力,51%的股东投票结果将是不可逆并且有约束力的,其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准,为了达到这个目的,每个股东可以将其股票授权于一名代表,获得票数最多的前100位代表将按照既定的时间表轮流产生区块,每一位代表分配到一个时间段来产生区块。

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