1、區(qū)塊鏈常見(jiàn)的三大共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙⒃赑2P網(wǎng)絡(luò)，由節(jié)點(diǎn)參與的分布式賬本系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是“去中心化”。也就是說(shuō)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，用戶(hù)與用戶(hù)之間、用戶(hù)與機(jī)構(gòu)之間、機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間，無(wú)需建立彼此之間的信任，只需依靠區(qū)塊鏈協(xié)議系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)交易。

可是，要如何保證賬本的準(zhǔn)確性，權(quán)威性，以及可靠性？區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)為什么要參與記賬？節(jié)點(diǎn)如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)一致性？……這些都是區(qū)塊鏈在建立“去中心化”交易時(shí)需要解決的問(wèn)題，由此產(chǎn)生了共識(shí)機(jī)制。

所謂“共識(shí)機(jī)制”，就是通過(guò)特殊節(jié)點(diǎn)的投票，在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)交易的驗(yàn)證和確認(rèn)；當(dāng)出現(xiàn)意見(jiàn)不一致時(shí)，在沒(méi)有中心控制的情況下，若干個(gè)節(jié)點(diǎn)參與決策達(dá)成共識(shí)，即在互相沒(méi)有信任基礎(chǔ)的個(gè)體之間如何建立信任關(guān)系。

區(qū)塊鏈技術(shù)正是運(yùn)用一套基于共識(shí)的數(shù)學(xué)算法，在機(jī)器之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)技術(shù)背書(shū)而非中心化信用機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全新的信用創(chuàng)造。

不同的區(qū)塊鏈種類(lèi)需要不同的共識(shí)算法來(lái)確保區(qū)塊鏈上最后的區(qū)塊能夠在任何時(shí)候都反應(yīng)出全網(wǎng)的狀態(tài)。

目前為止，區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權(quán)證明、DPOS授權(quán)股權(quán)證明、Paxos、PBFT（實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法）、dBFT、DAG（有向無(wú)環(huán)圖）

接下來(lái)我們主要說(shuō)說(shuō)常見(jiàn)的POW、POS、DPOS共識(shí)機(jī)制的原理及應(yīng)用場(chǎng)景

概念：

工作量證明機(jī)制（Proof of work ），最早是一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)名詞，指系統(tǒng)為達(dá)到某一目標(biāo)而設(shè)置的度量方法。簡(jiǎn)單理解就是一份證明，用來(lái)確認(rèn)你做過(guò)一定量的工作，通過(guò)對(duì)工作的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證來(lái)證明完成了相應(yīng)的工作量。

工作量證明機(jī)制具有完全去中心化的優(yōu)點(diǎn)，在以工作量證明機(jī)制為共識(shí)的區(qū)塊鏈中，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出，并通過(guò)計(jì)算隨機(jī)哈希散列的數(shù)值解爭(zhēng)奪記賬權(quán)，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點(diǎn)算力的具體表現(xiàn)。

應(yīng)用：

POW最著名的應(yīng)用當(dāng)屬比特幣。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，在Block的生成過(guò)程中，礦工需要解決復(fù)雜的密碼數(shù)學(xué)難題，尋找到一個(gè)符合要求的Block Hash由N個(gè)前導(dǎo)零構(gòu)成，零的個(gè)數(shù)取決于網(wǎng)絡(luò)的難度值。這期間需要經(jīng)過(guò)大量嘗試計(jì)算（工作量），計(jì)算時(shí)間取決于機(jī)器的哈希運(yùn)算速度。

而尋找合理hash是一個(gè)概率事件，當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁有占全網(wǎng)n%的算力時(shí)，該節(jié)點(diǎn)即有n/100的概率找到Block Hash。在節(jié)點(diǎn)成功找到滿(mǎn)足的Hash值之后，會(huì)馬上對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行廣播打包區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)收到廣播打包區(qū)塊，會(huì)立刻對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

如果驗(yàn)證通過(guò)，則表明已經(jīng)有節(jié)點(diǎn)成功解迷，自己就不再競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前區(qū)塊，而是選擇接受這個(gè)區(qū)塊，記錄到自己的賬本中，然后進(jìn)行下一個(gè)區(qū)塊的競(jìng)爭(zhēng)猜謎。網(wǎng)絡(luò)中只有最快解謎的區(qū)塊，才會(huì)添加的賬本中，其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)制，以此保證了整個(gè)賬本的唯一性。

假如節(jié)點(diǎn)有任何的作弊行為，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證不通過(guò)，直接丟棄其打包的區(qū)塊，這個(gè)區(qū)塊就無(wú)法記錄到總賬本中，作弊的節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)的成本就白費(fèi)了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺(jué)自愿的遵守比特幣系統(tǒng)的共識(shí)協(xié)議，也就確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果能被快速驗(yàn)證，系統(tǒng)承擔(dān)的節(jié)點(diǎn)量大，作惡成本高進(jìn)而保證礦工的自覺(jué)遵守性。

缺點(diǎn)：需要消耗大量的算法，達(dá)成共識(shí)的周期較長(zhǎng)

概念：

權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權(quán)。

權(quán)益證明機(jī)制的運(yùn)作方式是，當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“幣權(quán)”交易，交易會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權(quán)益證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有代幣的比例和時(shí)間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，從而加快了尋找隨機(jī)數(shù)的速度。

應(yīng)用：

2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin（點(diǎn)點(diǎn)幣），是權(quán)益證明機(jī)制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用。PPC最大創(chuàng)新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

為了實(shí)現(xiàn)POS，Sunny King借鑒于中本聰?shù)腃oinbase，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種特殊類(lèi)型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時(shí)間段，假如你擁有10個(gè)幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個(gè)幣，幣齡被消耗（銷(xiāo)毀）了。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間，比工作量證明更加節(jié)約能源。

缺點(diǎn)：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，轉(zhuǎn)賬真實(shí)性較難保證

概念：

授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制（Delegated Proof of Stake），與董事會(huì)投票類(lèi)似，該機(jī)制擁有一個(gè)內(nèi)置的實(shí)時(shí)股權(quán)人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時(shí)都在召開(kāi)一個(gè)永不散場(chǎng)的股東大會(huì)，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權(quán)股權(quán)證明在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機(jī)制和PoS機(jī)制問(wèn)題的同時(shí)，還能通過(guò)實(shí)施科技式的民主抵消中心化所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。基于DPoS機(jī)制建立的區(qū)塊鏈的去中心化依賴(lài)于一定數(shù)量的代表，而非全體用戶(hù)。在這樣的區(qū)塊鏈中，全體節(jié)點(diǎn)投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)代表，由他們來(lái)代理全體節(jié)點(diǎn)確認(rèn)區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運(yùn)行。

同時(shí)，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點(diǎn)具有隨時(shí)罷免和任命代表的權(quán)力。如果必要，全體節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)投票讓現(xiàn)任節(jié)點(diǎn)代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的民主。

應(yīng)用：

比特股（Bitshare）是一類(lèi)采用DPOS機(jī)制的密碼貨幣。通過(guò)引入了見(jiàn)證人這個(gè)概念，見(jiàn)證人可以生成區(qū)塊，每一個(gè)持有比特股的人都可以投票選舉見(jiàn)證人。得到總同意票數(shù)中的前N個(gè)（N通常定義為101）候選者可以當(dāng)選為見(jiàn)證人，當(dāng)選見(jiàn)證人的個(gè)數(shù)（N）需滿(mǎn)足：至少一半的參與投票者相信N已經(jīng)充分地去中心化。

見(jiàn)證人的候選名單每個(gè)維護(hù)周期（1天）更新一次。見(jiàn)證人然后隨機(jī)排列，每個(gè)見(jiàn)證人按序有2秒的權(quán)限時(shí)間生成區(qū)塊，若見(jiàn)證人在給定的時(shí)間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的見(jiàn)證人。DPoS的這種設(shè)計(jì)使得區(qū)塊的生成更為快速，也更加節(jié)能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達(dá)成共識(shí)，他們投票選出的N個(gè)見(jiàn)證人，可以視為N個(gè)礦池，而這N個(gè)礦池彼此的權(quán)利是完全相等的。持股人可以隨時(shí)通過(guò)投票更換這些見(jiàn)證人（礦池），只要他們提供的算力不穩(wěn)定，計(jì)算機(jī)宕機(jī)，或者試圖利用手中的權(quán)力作惡。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證

缺點(diǎn)：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時(shí)節(jié)點(diǎn)代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時(shí)整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴(lài)于代幣的增發(fā)來(lái)維持代理節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

2、【Discover ETH】什么是權(quán)益證明PoS

本篇作為Discover系列文章的開(kāi)篇，結(jié)合ETH2.0的目標(biāo)，來(lái)談?wù)剻?quán)益證明PoS是什么。

在談PoS之前，我們先來(lái)了解一下共識(shí)。共識(shí)，即達(dá)成了普遍協(xié)議。區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上是一個(gè)全球性的狀態(tài)機(jī)，達(dá)成共識(shí)意味著網(wǎng)絡(luò)上至少有超過(guò)一半（51%）的節(jié)點(diǎn)同意網(wǎng)絡(luò)的下一個(gè)全球狀態(tài)。
共識(shí)機(jī)制 （也稱(chēng)為共識(shí)協(xié)議或共識(shí)算法）允許分布式系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）協(xié)同工作并保持安全。當(dāng)前主流的共識(shí)機(jī)制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權(quán)益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設(shè)計(jì)之初就希望最終以太坊的共識(shí)機(jī)制能轉(zhuǎn)變?yōu)镻oS，而PoW只作為一個(gè)過(guò)渡階段。但無(wú)論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)的共識(shí)機(jī)制。下面先簡(jiǎn)單了解工作量證明（PoW）的工作機(jī)制。

工作量證明通過(guò)礦工們完成，礦工們需要競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)建最新區(qū)塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)分享最新區(qū)塊，并且獲得最新的特定代幣區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)（如以太坊的以太幣）。由于用戶(hù)需要擁有超過(guò)網(wǎng)絡(luò)中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網(wǎng)絡(luò)安全得以保證。 這將需要巨大的設(shè)備和能源投入，所需的開(kāi)支甚至可能超過(guò)收益。
工作量證明是08年在中本聰所創(chuàng)造的比特幣中提出的，至今已經(jīng)經(jīng)過(guò)了充分的考驗(yàn)和測(cè)試，但隨著越來(lái)越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區(qū)塊的難度指數(shù)爆發(fā)式上升，也面臨的如下的問(wèn)題：

PoS作為ETH2.0關(guān)鍵的建設(shè)目標(biāo)，其作用不僅僅只是因?yàn)镻oW帶來(lái)的環(huán)境不友好的能源消耗，還有PoS的建設(shè)能更有力支持 分片鏈 （以太坊網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的關(guān)鍵升級(jí)），更強(qiáng)的去中心化特性等等。下面從幾個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)單談?wù)剻?quán)益證明PoS的工作過(guò)程。

在以太坊中，工作量證明的過(guò)程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過(guò)算力試錯(cuò)來(lái)反復(fù)計(jì)算，以此生成一個(gè)低于目標(biāo)隨機(jī)數(shù)的混合哈希。這個(gè)計(jì)算難度依賴(lài)于區(qū)塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權(quán)益證明中，則沒(méi)有礦工這一角色，與之對(duì)應(yīng)的是稱(chēng)之為 驗(yàn)證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶(hù)需要質(zhì)押 32ETH 來(lái)獲得作為驗(yàn)證者的資格。驗(yàn)證者被 信標(biāo)鏈 隨機(jī)選擇去創(chuàng)建區(qū)塊，并且負(fù)責(zé)檢查和確認(rèn)那些不是由他們創(chuàng)造的區(qū)塊。他們不需要開(kāi)采區(qū)塊，他們只需要在被選中的時(shí)候創(chuàng)建區(qū)塊并且在沒(méi)有被選中的時(shí)候驗(yàn)證他人提交的區(qū)塊。此驗(yàn)證被稱(chēng)為證明。
驗(yàn)證者因提出新區(qū)塊和證明他們已經(jīng)看到的區(qū)塊而獲得獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于一些惡意驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)，也會(huì)有相應(yīng)的懲罰機(jī)制使之失去質(zhì)押。驗(yàn)證者質(zhì)押的ETH越多，獲得的獎(jiǎng)勵(lì)也越多。可以這樣說(shuō)，權(quán)益證明是一種用于激勵(lì)驗(yàn)證者接受更多質(zhì)押的機(jī)制。

前面提到了 分片鏈 這個(gè)名詞， 分片 就是將區(qū)塊鏈分成多條鏈。驗(yàn)證者將會(huì)在不同的分片上處理它們的分片數(shù)據(jù)，以此來(lái)提高區(qū)塊鏈的工作效率。ETH2.0預(yù)計(jì)會(huì)有64個(gè)分片鏈。
驗(yàn)證者會(huì)被隨機(jī)洗牌到不同的分片中，以防止驗(yàn)證者惡意操縱節(jié)點(diǎn)并提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數(shù)據(jù)的關(guān)鍵角色就是 信標(biāo)鏈 （Beacon Chain）。
信標(biāo)鏈 是協(xié)調(diào)分片信息、管理驗(yàn)證者的連接不同分片的橋梁。
當(dāng)用戶(hù)在分片上提交交易時(shí)， 驗(yàn)證者 將負(fù)責(zé)將用戶(hù)的交易添加到分片區(qū)塊中。 信標(biāo)鏈 通過(guò)算法選擇驗(yàn)證器以提出新的塊。如果一個(gè)驗(yàn)證者沒(méi)有被選中提出一個(gè)新的分塊，它們將會(huì)證明另一個(gè)驗(yàn)證者的提議，并確認(rèn)一切都正常。
至少需要 128 個(gè)被稱(chēng)為 委員會(huì) （ committee ）的驗(yàn)證者來(lái)證明每個(gè)分片塊。委員會(huì)有一個(gè)提出和驗(yàn)證分片區(qū)塊的時(shí)限，這個(gè)時(shí)限被稱(chēng)為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個(gè)插槽只能創(chuàng)建一個(gè)有效區(qū)塊，一個(gè) 周期 （ Epoch ，大約6.4分鐘）有 32 個(gè)插槽。
每個(gè)周期過(guò)后，委員會(huì)都由不同的、隨機(jī)的參與者解散與重組，重組過(guò)程由一個(gè)半隨機(jī)算法 RANDAO 來(lái)選擇，以此避免惡意節(jié)點(diǎn)的操縱。

ETH2.0使用 Cassper 終局協(xié)議來(lái)確認(rèn)一個(gè)新的區(qū)塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當(dāng)前參與計(jì)算的2/3的驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)），該區(qū)塊就會(huì)被最終確定。而推薦此區(qū)塊的驗(yàn)證者將獲得獎(jiǎng)勵(lì)。因此，在權(quán)益證明的機(jī)制下，每過(guò)6.4分鐘就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的區(qū)塊。關(guān)于Cassper協(xié)議的詳細(xì)說(shuō)明后續(xù)再進(jìn)行探索。

權(quán)益證明的建設(shè)以太坊在15年就已經(jīng)提出，截止至今也才完成了Phase 0信標(biāo)鏈的建設(shè)。而下一階段的與主網(wǎng)合并，再下一階段的分片鏈建設(shè)也一再推遲。雖然PoS的建設(shè)非常緩慢，但無(wú)論如何，權(quán)益證明作為主流的共識(shí)機(jī)制算法之一，也是值得我們探討其設(shè)計(jì)原理。
后續(xù)將會(huì)針對(duì)信標(biāo)鏈的詳細(xì)設(shè)計(jì)、分片等ETH2.0內(nèi)容進(jìn)行探索。

3、pos機(jī)制解決了pow的問(wèn)題

pos機(jī)制解決了pow的問(wèn)題：

基于權(quán)益證明（PoS），通常將金錢(qián)作為股權(quán)使用。

POA指的是身份的使用。這背后的想法是，人們會(huì)注意自己的名聲，因此會(huì)被勸阻不要惡意行事。

POW 工作量證明支持不可信的分布式共識(shí)，這對(duì)于加密貨幣等行業(yè)非常重要。它涉及挖掘過(guò)程，最好描述為執(zhí)行計(jì)算以驗(yàn)證交易的合法性和創(chuàng)建新貨幣。

第一個(gè)完成計(jì)算的礦工將獲得一枚新代幣，并將區(qū)塊添加到鏈中。POS 權(quán)益證明的定義是在決定誰(shuí)將創(chuàng)建新塊時(shí)使用權(quán)益關(guān)系。這個(gè)權(quán)益的取決于每個(gè)人持有的代幣數(shù)量。

持有更多代幣的人更有可能被選為下一個(gè)塊的驗(yàn)證器。獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)自交易費(fèi)用，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生新的代幣。

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(lài)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(hù)有可能用一千美元來(lái)買(mǎi)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(hù)可以拿到一千美元，買(mǎi)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(hù)就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生，這樣用戶(hù)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。

4、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(huà)。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(mén)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(mén)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(mǎn)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(mǎn)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(huà)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。

5、號(hào)稱(chēng)“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(chēng)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(chēng)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(hù)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(lèi)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(xiàn)，從而解決了因?yàn)镻oS簽署區(qū)塊人不是經(jīng)常在線(xiàn)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。

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