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【一篇看懂】区块链中的共识机制有什么?

【一篇看懂】区块链中的共识机制有什么?

作者: 币圈九少爷 | 来源:发表于2018-03-06 22:52 被阅读25次
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    区块链要成为一个难以攻破的、公开的、不可篡改数据记录的去中心化诚实可信系统,需要在尽可能短的时间内做到分布式数据记录的安全、明确及不可逆,提供一个最坚实且去中心化的系统。在实践中,该流程分为两个方面:一是选择一个独特的节点来产生一个区块;二是使分布式数据记录不可逆。实现上述流程的技术核心就是:共识机制。共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制,可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。

    当前比较主流的共识机制包括:

    • 工作量证明(Pow)

    • 权益证明(Pos

    • 股份授权证明(DPos)


    工作量证明 PoW(Proof of Work)

    顾名思义,按工作量分配酬劳。最典型的应用就是比特币。在比特币世界高算力能让你赢得记账权,从而获得酬劳,这一行为也叫“挖矿”。

    “挖矿”的三个重要功能:

    • 能源源不断产生新的货币。

    • 保证区块链网络的系统安全

    • 维护系统的支付功能

    比特币网络的正常运行,是离不开“矿工”们的这种计算服务。

    优点:

    工作量证明机制可以吸引很多用户参与其中,而且越是在早期,就越容易获取更多的回报。比特币早期的人人都是矿工,就很好的说明了这个问题。而且这样人人都能参与的开放式机制,相对比较公平。

    缺点:

    • 算力浪费。随着网络不断变大,节点变多,“矿机”的性能不断提升,导致竞争越来越激烈,而伴随这这些的问题是大量算力仅仅是用来计算哈希,可以称得上是算力严重浪费,消耗资源也变得很多。

    • 算力集中。为了增大算力,用户也成个人挖矿变成了建立矿池挖矿,算力越来越集中,与最初的去中心化初衷背道而驰,而随着算力的增大,矿池极有可能发动51%攻击,而直接控制区块链的走向。


    股权证明机制 PoS (Proof of Stake)

    PoS是指根据持有的货币的量和时间,进行利息发放和区块生成的一种机制。在权益证明PoS模式下,有一个名词叫币天。例如,每个币每天产生1币天,有100个币,总共持有了30天,那么此时币天就为3000。这个时候,如果发现了一个新PoS区块,币天就会被清空为0。每被清空365币天,将会从区块中获得0.05个币的利息(可理解为年利率5%)。

    优点

    • 节能。不用挖矿,不需要大量耗费电力和能源。

    • 更去中心化。首先说,去中心化是相对的。相对于比特币等PoW类型的加密货币,PoS机制的加密货币对计算机硬件基本上没有过高要求,人人可挖矿(获得利息),不用担心算力集中导致中心化的出现(单用户通过购买获得51%的货币量,成本更高),网络更加安全有保障。

    • 避免紧缩。PoW机制的加密货币,因为用户丢失等各种原因,可能导致通货紧缩,但是PoS机制的加密货币按一定的年利率新增货币,可以有效避免紧缩出现,保持基本稳定。比特币之后,很多新币采用PoS机制,很多采用工作量证明机制的老币,也纷纷修改协议,“硬分叉”升级为PoS机制。

    缺点

    • 纯PoS机制的加密货币,只能通过IPO的方式发行,这就导致“少数人”(通常是开发者)获得大量成本极低的加密货币,在利益面前,很难保证他们不会大量抛售。

    • PoS机制的加密货币,信用基础不够牢固。为解决这个问题,很多采用PoW+PoS的双重机制,通过PoW挖矿发行加密货币,使用PoS维护网络稳定。或者采用DPoS机制,通过社区选举的方式,增强信任。


    授权股权证明机制 DPoS(Delegated Proof of Stake)

    PoS机制使用一个确定性算法以随机选择一个股东来产生下一个区块,该算法中,账户余额决定了节点被选中的可能性。然而,该系统并未使区块链变得越来越安全而不可逆,因为最终区块链的区块产生权掌握在账户余额最多的少数节点手中。同时,PoS面临的挑战是如何通过及时而高效的方法达成共识。为达到这个目标,每个持币节点可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前

    101位代表按既定时间表轮流产生区块。而这101个代表彼此的权利是完全相等的。这就是DPoS的核心思想。那些握着加密货币的用户可以随时通过投票更换这些代表(矿池),只要他们提供的算力不稳定,计算机宕机、或者试图利用手中的权力作恶,他们将会立刻被愤怒的选民门踢出整个系统,而后备代表可以随时顶上去。

    现实生活中有更多的类似于DPOS的制度. 譬如一些国家的选举制度,由公民选举一些人大代表去参加重要会议, 这样会更有效率. 也能组织起更多的人.

    数字货币中的明星EOS就是用的DPos共识机制。

    优点

    • 资源消耗更少。节点只有由用户选出来的101个,在保证网络安全的前提下,整个网络的能耗进一步降低,效率也相对变高。

    • 更加去中心化。PoW会导致以算力集中的为中心,PoS会导致以币多的为中心,而DPoS的节点都是由用户选举的,而且用户也拥有随时踢掉节点的权利。

    • 更快的确认速度。每个块的时间为10秒,一笔交易(在得到6-10个确认后)大概1分钟,一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟。而比特币(PoW机制)产生一个区块需要10分钟,一笔交易完成(6个区块确认后)需要1个小时。

    缺点

    • 投票的积极性并不高。绝大多数持股人(90%+)从未参与投票。这是因为投票需要时间、精力以及技能,而这恰恰是大多数投资者所缺乏的。

    • 对于坏节点的处理存在诸多困难。社区选举不能及时有效的阻止一些破坏节点的出现,给网络造成安全隐患。

    总结

    POW 工作量证明机制. 类似于按劳分配

    POS 股权证明机制. 持有股票的人, 就有对应的权利, 持有的越多, 权利越大 .

    DPOS 授权股权证明机制. 类似于董事会. 董事会成员数量有限, 由大家选举产生. 被选中的董事会成员可以行使权利.

    从机制设计上来看. POW 机制更加强调去中心, 更加强调对等。 而DPOS 则是有一个明显的中心, 通过带来部分中心,来得到效率的提升。

    哪一种机制更好, 没有绝对的说法,不同的场景或业务可能也会衍生出新的共识机制。


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