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我们已经达成共识:共识机制

2020.09.15 laylahe

先来讲一个小故事。

现在有三个孩子要均匀分一个苹果,怎么能做到每个人都满意呢?

在中心化的系统中,有第四个人是妈妈。妈妈一般不会偏心,分配也就比较均匀。

但如果三个孩子互相不认识的小朋友要怎么办呢?也许可以这样:随机挑选一个孩子分苹果,分完苹果之后,让剩下两个孩子先选择,分苹果的人最后拿,那他肯定会分配的均匀。

共识,就是多方达成一致。 故事里的分苹果小方案,就是达成了共识。共识机制,就是这个“分苹果”的方案。

共识机制是区块链中十分重要的概念之一,也是区块链技术的重要组件。所谓共识机制,是区块链事务达成分布式共识的一种算法,它是区块链信任机制的前提。“共识算法“在一套区块链系统里面起到的作用,非常类似于CPU架构在电子设备中的核心“组件”,一个升级版的架构往往能使电脑的流畅度提升质的飞越。

因为区块链整个网络载体巨大,节点成千上万,所以在点对点的网络中存在比较高的网络延迟,各个节点观察到相同事件的时间可能会有所不同。因此,区块链系统设计出了一种机制,可以对在差不多时间内发生的事务的先后顺序进行共识,即“共识机制”。由此,区块链的“信任”网络得以构建。它就像法律,维系着区块链世界的正常运转。

目前,区块链的共识机制可以主要分为以下四大类:工作量证明机制(POW),权益证明机制(POS),权益授权证明机制(DPOS)和信用共识机制(Proof of Credit)。

工作量证明机制(Proof of Work)

工作量证明机制,就是工作量的证明;是第一代共识机制,比特币的基础,也是生成新区块时必须满足的要求。

工作量证明系统(或者说协议、函数),是一种应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它要求发起者进行一定量的运算,也就意味着需要消耗计算机一定的时间。工作量证明概念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年在论文中提出,而工作量证明一词则是在1999年由Markus Jakobsson与Ari Juels发表。现在,工作量证明成了加密货币的主流共识机制之一。

在基于工作量证明机制构建的区块链网络中,节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权,求得正确的数值解以生成区块的能力,是节点算力的具体表现;工作量越大,获得记账机会的可能性就越大。

权益证明机制(Proof of Stake)

2012年,权益证明机制在区块链中首次应用。与POW机制不同,权益证明机制要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。它的运行方式在于,当创造一个新区块时,矿工需要创建一个“币权”交易,交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。类似于把资产存在银行里,银行会通过持有资产的数量和时间,分配相应的收益。与POW机制相比,权益证明机制缩短了达成共识所需的时间,一定程度上提高了效率,但是他本身也存在一些缺陷,例如缺少专业化,去中心化性质变弱等。

图源网络

权益授权证明机制/股份授权证明机制(Delegated Proof of Stake)

DPOS被视为是POS的进化方案。它是2014年由当时Bitshares 的首席开发者 Dan Larimer提出并后续应用。

DPOS是一种基于投票选举的共识算法,有点像民主大会,即每位持币人都有权投票选出代理节点,持币量少的人也能参与投票,根据投票结果,得票最多的节点就会承担起生成新区块的责任。由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时,区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力,一旦节点作恶,例如出现宕机、延迟等情况,它就会被投票出局。如果必要,比如哪些节点没有完成记账的任务,就会被网络选出新节点来替代它们。全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格,重新选举新的代表,实现实时的民主。这样就大幅度的减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。

DPOS在很大程度上提高了区块链处理数据的能力,还降低了维护区块链网络安全的费用,所以DPOS可以算是目前比较主流的共识算法之一。

信用共识机制(Proof of Credit)

POC是基于信用的区块链共识证明算法。是由IAM首创的比较新的共识机制。POC可以说是DPOS的新一个进化版本。它是在DPOS的基础上,结合节点的Credit信用进行投票选举出一定数量的节点代表,由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。节点的选举将不再以节点所持有的Token为投票权重,而是以节点所拥有的信用为投票权重。

与DPOS共识机制相比,POC共识机制,不仅拥有DPOS高性能的优点,而且通过信用投票机制,弥补了DPOS趋向“中心化”、“富人化”的缺点。

以上就是目前比较主流的几种共识机制,当然还有很多其他种类的共识机制,感兴趣的话可以进一步了解学习。

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