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被称为“区块链灵魂”的共识机制是什么?

区块链链改 2020-07-07 10:24 发文



什么是共识机制:

共识可简单理解为,不同群体所寻求的共同的认识、价值、想法等,在某一方面达成的一致意见。共识机制就是确定达成某种共识和维护共识的方式。



区块链的共识机制:

在区块链系统中没有像银行一样的中心化机构,所以在进行传输信息、价值转移时,共识机制解决并保证每一笔交易在所有记帐节点上的一致性和正确性问题。区块链的这种新的共识机制使其在不依靠中心化组织的情况下,依然大规模高效协作完成运转。


除了密码学技术外,共识机制也是区块链必要元素及核心部分,是保障区块链系统不断运行的关键。


在区块链网络中,由于应用场景的不同,所以采用了不同的共识算法。目前区块链的共识机制主要有四类:1.工作量证明机制pow、2.权益证明机制pos、3.委托权益证明Dpos、4.验证池共识机制pool。


大家在看一些区块链相关的信息时,经常会出现pow、pos、Dpos、pool这些名词。这四个名词各自代表什么意思呢?让小编来帮你一次性弄懂。


通俗地说,区块链是一个去中心化的账本。只是这个账本与传统账本不同,不是由会计或少数几个人来记账,而是人人都可以参与记账。而且,这个记账需要一个大家都认可的规则,即“怎样记账才是有效”,而这个大家认可的规则就是区块链的共识机制。



比如,有一家人在计划去吃饭,通过商议后,选了日料店,那么到日料店吃饭就是这一家人形成的共识。而商议的方式,则是少数服从多数,而少数服从多数就是这一家人确定去日料店吃饭的共识机制。

同样,pow、pos、Dpos、pool,分别代表区块链网络的四种主要记账规则,它们的作用非常大,直接关系到记账权和相关收益的分配。不夸张地说,共识机制是区块链的灵魂。


下面,让小编为大家逐一介绍一下。





PoW(Proof-of-Work)
工作量证明机制


工作量证明(Proof-of-Work,简称POW)是共识机制的一种,可简单理解为一份证明,证明你做过一定量的工作,即我通过查看工作结果就能知道你完成了指定量的工作。它就像你的大学毕业证,证明了你确实有四年大学的学习经历。工作量证明机制,就是用工作量结果来证明贡献大小,再根据贡献大小确定记账权和奖励。


这个证明过程,是依赖计算机进行数学运算进行的。可以理解为:大家都去解答同一个题目,谁先算出来,谁就负责记账,并得到相应报酬,这个报酬就是网络产生的数字货币。比如,在比特币的网络系统里,谁先解题出来,谁就先得到比特币作为奖赏。


PoW的优点:

1)去中心化,将记账权公平的分派到其他节点。你能够获得的币的数量,取决于你挖矿贡献的有效工作,也就是说,你用于挖矿的矿机的性能越好,分给你的收益就会越多,这就是根据你的工作证明来执行币的分配方式。


2)安全性高,破坏系统需要投入极大的成本,如果想作弊,要有压倒大多数人的算力(51%攻击)。因为作弊要付出一定成本,作弊者就会谨慎对待了。在比特币的 PoW 机制中,由于获得计算结果的概率趋近于所占算力比例,因此在不掌握51%以上算力的前提下,矿工欺诈的成本要显著高于诚实挖矿,甚至不可能完成欺诈(由于概率过低)。


PoW的缺点:

1)挖矿造成大量的资源浪费,目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力,其它再用Pow共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全。这让依据算力公平分配奖励的机制,演变为了对矿机算力的大举投入,扭曲了中本聪的设计初衷。


2)网络性能太低,需要等待多个确认,容易产生分叉,区块的确认共识达成的周期较长(10分钟),现在每秒交易量上限是7笔(visa的平均每秒交易量上万,支付宝峰值接近9万),不适合商业应用。


3)PoW共识算法算力集中化,慢慢的偏离了原来的去中心化轨道。从比特币扩容之争可以看到,算力高的大型矿池是主人,而持币的人没有参与决定的权利,比特币分叉出很多儿子,即将失去“去中心化”的标签。





PoS(Proof-of-Stake)
权益证明机制

权益证明机制(Proof-of-Stake,简称PoS),即拥有越多股权,就可以获得更多奖励。这里的股权是指你持有的数字货币的数量和时间,根据它来分配权益,类似股票的分红制度。你持有的币越多,持有的时间越长,即币龄(币龄=持币数*持币时间)越大,就能拿到越多的分红,也就有更大的记账权利。


PoS的优点:

1)在一定程度上缩短了共识达成的时间。


2)不再需要大量消耗能源挖矿。


3)Pos 当然也能防作弊,因为如果一名持有 51%以上股权的人作弊,相当于他坑了自己,因为一个人自己不会杀死自己的钱。


PoS的缺点:

1)还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点;


2)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影响。例如,以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉,而ETC由此事件出现,事实上证明了此次硬分叉的失败。


3)极端的情况下会带来中心化的结果。PoS 机制由股东自己保证安全,工作原理是利益捆绑。在这个模式下,不持有 PoS 的人无法对 PoS 构成威胁。PoS 的安全取决于持有者,和其他任何因素无关。在POS机制里,拥有币和币龄越高的节点拥有着越高产生新区块的权力。简单来说,就是你拥有越多的币,并且你拥有的币的币龄越久,就有可能获得记账权的概率越大。POS虽然解决了POW的能耗的问题,但全节点确认会让区块确认的效率提不起来,且时间越长,也越容易产生马太效应,即持有币越多的人会获得更多的币奖励,从而加大贫富差距,最终产生超过50%的中心化节点,被动演化为非预期的中心化的结果。





DPoS(Delegated-Proof-of-Stake)
委托权益证明机制


委托权益证明机制(Delegated-Proof-of-Stake,简称DPoS),是在PoS基础上优化而来的,通过投票选举的方式,选出生产者,代表他们履行权利和义务,而不是用算力来决定。如果生产者不称职,随时可能会被投票出局。投票的权重和分配的收益,都是按照持有的加密货币数量占总量的百分比来计算的,51%的股东的投票结果是不可逆且有约束力的。


DPoS和股份制公司类似,普通的股民不能进董事会,要通过投票选举代表来组成董事会,用每个人手上的数字货币计算权重,再根据权重投票选举出能代表他们权益的人,代理记账。


DPoS的优点:

记账节点数量少,协作高效,记账效率高。


DPoS的缺点:

减弱了去中心化的程度,由选出的代表进行记账,存在一定的中心化控制。





Pool

验证池机制


Pool验证池,基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制;是目前行业链大范围在使用的共识机制。


Pool验证池的概念被广泛的应用在服务器端软件的开发上。使用池结构可以明显的提高你的应用程序的速度,改善效率和降低系统资源的开销。所以在现在的应用服务器端的开发中池的设计和实现是开发工作中的重要一环。


Pool的优点:

不需要代币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证。


Pool的缺点:

去中心化程度不如bitcoin;更适合多方参与的多中心商业模式。





总结


目前,还没有任何一种共识机制是完美的,都有各自的优点与缺点。但是,随着区块链技术地不断发展,共识机制也会不断优化,未来可期。





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