區塊鏈:共識機制歷史 你知道哪些共識機制_POW

原標題：Solana的PoH火爆，是時候回顧一下共識機制歷史了！

在每一個偉大的加密貨幣背后，都有一個偉大的共識算法。沒有一個共識算法是完美的，但它們都有各自的優勢。在加密領域，存在共識算法以防止雙重支出。以下是一些迄今為止最流行的共識算法的快速概述，從區塊鏈到DAG和介于兩者之間的一切。

優點：我們知道它是有效的

缺點：緩慢的吞吐量

Proof of Work是第一個區塊鏈共識算法。由中本聰(Satoshi Nakamoto)設計用于比特幣區塊鏈，我們要感謝PoW，它為我們在世界各地看到的大規模采礦操作和電力消耗做出了貢獻。我們知道它是可行的(對于許多其他共識算法，我們可以說的更多)，但在這個領域的現階段，它開始被認為是一項傳統技術。有這么多新的替代方案，很難理解為什么新的區塊鏈會使用PoW。

在PoW中，礦工通過解決困難且無用的問題來創造區塊。PoW 運行在“最長鏈獲勝”的系統上。所以假設大多數礦工都在同一條鏈上工作，那么增長最快的就是最長和最值得信賴的。因此，只要礦工的工作中有超過50%是誠實的，比特幣就是安全的。

Vitalik：與PoW的共識機制相比，PoS消耗的電力減少99.95%:金色財經聯合Coinlive現場報道Singapore FinTech Festival 2022，以太坊創始人Vitalik Buterin發表題為《大合并：與 Vitalik Buterin 一起重構以太坊》的演講，談到了以太坊的合并的好處、困難和問題。Vitalik表示，與PoW的共識機制相比，PoS 消耗的電力減少了 99.95%。強大的共識設計和并行確認，讓攻擊鏈的難度增加、更容易進行升級、降低了代幣發行要求，這些都為以太坊帶來更好的穩定性。未來以太坊要提升可擴展性、用戶體驗、安全問題和隱私，Vitalik已經想到了幾個解決方案，例如danksharding，通過添加大量數據空間來改進以太坊基礎層。[2022/11/3 12:13:04]

優點：攻擊更昂貴；更多的去中心化；能源效率

缺點：質押無禁忌

在PoS中，區塊不是由礦工創建的，而是由礦工用他們的代幣“打賭”哪些區塊是有效的。在分叉的情況下，鑄幣者花費他們的代幣來投票支持哪個分叉。假設大多數人在正確的分叉上投票，在錯誤的分叉上投票的驗證者將在正確的分叉上“失去他們的質押”。

動態 | Blockstack發布更新版白皮書 詳述共識機制設計及區塊鏈演進路徑:據鏈聞消息，分布式計算網絡Blockstack發布了更新版白皮書，更詳細地解釋和定義了該項目最新的技術成果，其中包括共識機制設計、Stacks區塊鏈的最新演進、智能合約語言等信息。Blockstack表示，其團隊發明了一種燃燒證明挖礦（proof-of-burn mining）的形式 , 借力比特幣網絡，隨著時間推移，當其自身PoW挖礦可以提供足夠強的安全保障時，Stacks區塊鏈將變成一條獨立的區塊鏈，這個過程通過一種“可調諧的”共識算法實現，將逐漸給予自身的Stacks挖礦更多的權重，而借力于比特幣燃燒證明的權重則相對減少。此外，Stacks區塊鏈v2版本將支持智能合約，重點關注安全性，Stacks區塊鏈的智能合約是圖靈不完備的，能夠更容易的預測智能合約與系統其他部分的交互及其執行的成本。此前消息，Blockstack曾向美國證券交易委員會（SEC）提交5000萬美元Stacks代幣融資申請，若獲批，可能將成為首個符合SEC標準的代幣產品。目前Blockstack已開始向2017年預注冊的投資者發放Stacks代幣，投資者需要完成“合格購買者”的KYC流程。[2019/6/1]

反對利害關系證明的常見論點是“質押無禁忌”問題。問題是，由于驗證者幾乎不需要計算能力就能支持PoW的分叉，所以驗證者可以為發生的每個分叉的兩邊投票。PoS的分叉可能會比PoW更加普遍，一些人擔心這會損害這種貨幣的信譽。

聲音 | POC生態布道者蟲哥：POC共識是一個可以共享的共識機制:由FINWISE 主辦的全球科技金融高峰論壇在香港舉辦，POC生態布道者、HPOOL礦池創始人蟲哥在會上表示：區塊鏈行業里眾多的POW共識算法將會對整個社會造成極大的能源浪費，而POC將會完美解決以上問題，POC是一個共享的共識機制，POC挖礦共享一個數據庫，它的網絡能夠支撐上千種數字貨幣同時進行挖礦，未來所有加密貨幣的發幣權和鑄幣權用一套共識機制就能完成 ，且無論單幣種的市值多少，都可獲得價值數十億、百億的基于手機內存或硬盤容量構成的全球化分布式隨機哈希數組成的數據庫支持共識的安全，這將是對整個區塊鏈行業的一個巨大變革。[2019/5/29]

優點：交易便宜；可擴展；高效節能

缺點：部分中心化

DPoS是Daniel Larimer的智慧結晶，實際上與PoS有很大的不同。在DPoS中，代幣持有者并不對區塊本身的有效性進行投票，而是投票選舉代表來代表他們進行驗證。在DPoS系統中，一般有21-100名當選代表。代表們定期進行洗牌，并得到交付他們的區塊的命令。少數的代表可以讓他們有效地組織自己，并為每個代表創建指定的時間段來發布他們的區塊。如果代表持續錯過他們的區塊或發布無效的交易，質押者將投票淘汰他們，并用更好的代表替換他們。

現場 | 美國財務學會會員曹輝寧：需要一個新的共識機制改善區塊鏈目前的狀況:金色財經現場報道，在今日舉辦的2018全球媒體峰會上，長江商學院金融學教授、金融MBA學術主任、美國財務學會會員曹輝寧發表題為《區塊鏈向何處去》的演講，他表示，POW、POS、POA、DPOS等共識機制都各有優缺點，曹輝寧認為需要一個新的共識機制改善目前的狀況，通過身份鏡像協議提供隨機化工作量證明降低能耗，以及多級分層鏈網架構和增強智能合約，同時滿足監管要求，降低能耗，提高TPS效率，增大區塊鏈處理規模，使得區塊鏈真正落地，成為能夠為大眾服務的技術。[2018/7/19]

在DPoS中，礦工可以協作來制作區塊，而不是像PoW和PoS中那樣相互競爭。通過部分中心化創建區塊，DPoS能夠比大多數其他共識算法運行速度快幾個數量級。

優點：高吞吐量；可擴展的

缺點：中心化系統

權威證明(Proof-of-Authority)是一種共識算法，交易由認可的賬戶驗證，有點像系統的“管理員”。這些賬戶是其他節點獲取真相的權威。PoA具有較高的吞吐量，并針對專用網絡進行了優化。由于PoA的中心化特性，不太可能看到PoA在公共鏈上運行。

百人圓桌 工信部五所相里朋：更看好DAG共識機制 DAG是區塊鏈3.0典型技術:在金色財經百人圓桌EOS系列問題上，對于“更看好哪一種共識機制？給DPoS機制打多少分（滿分10分）”的問題，工信部五所相里朋表示：從技術上，更看好DAG共識機制。DAG（有向無環圖）作為區塊鏈3.0時代的典型技術之一，采用異步通訊機制在提高擴展性、縮短確認時間、降低支付費用方面優勢明顯，更適合推廣到萬物互聯。且傳統區塊鏈確認次數只能計算交易有效性的“概率”，不具備最終有效性；DAG具有最終確定性，并不可推翻。但需注意的是，網絡安全性、一致性問題都不確定，主鏈一直在分叉。網絡未對節點交易信息的正確性充分驗證，存在偽造或篡改的可能，錯誤數據有一定幾率構成主鏈。DPoS機制可打6分。[2018/6/20]

優點：可定制；可擴展的

缺點：激勵機制是一種挑戰

權重證明是一種基于Algorand共識模型的廣泛的共識算法分類。一般的想法是，在PoS中，用戶在網絡中擁有的代幣百分比代表用戶“發現”下一個區塊的概率，在PoWeight系統中，使用其他一些相對加權的值。具體的例子：Filecoin的Proof-of-Spacetime取決于用戶存儲了多少IPFS數據。其他系統可能包括一些權重，比如信譽證明。

優點：高吞吐量；低成本；可擴展的

缺點：一半的信任

有一個經典的問題是分布式計算通常用拜占庭將軍來解釋。問題是幾個拜占庭將軍和他們各自的軍隊包圍了一座城市。他們必須一致決定是否進攻。如果一些將軍單獨進攻，他們的圍攻將以悲劇告終。將軍們通常隔著一段距離，必須通過傳遞信息來溝通。一些加密貨幣協議使用BFT的某些版本來達成共識，每個版本都有自己的優缺點：

實用拜占庭容錯(PBFT)：這個問題的第一個解決方案被稱為實用拜占庭容錯。在Hyperledger Fabric使用，很少（< 20 ）預選的將軍 PBFT 運行得非常高效。優點：高交易吞吐量，缺點：中心化

聯邦拜占庭協議(FBA)：FBA是另一類解決拜占庭將軍問題的方法，如Stellar和Ripple。總的想法是，每一個拜占庭將軍，負責他們自己的鏈，因為他們一進來就建立真相排序消息。在Ripple中，將軍(驗證者)是由Ripple基金會預先選擇的。在Stellar中，任何人都可以成為驗證者，因此您可以選擇信任哪個驗證者。

優點：網絡可擴展性；低成本

缺點：取決于實現

DAG是一種共識形式，它不使用區塊鏈數據結構，主要是異步處理交易。理論上，DAG最大的優勢是每秒無限的交易，但與其他共識一樣，DAG也有優缺點。

Tangle：Tangle是Iota使用的DAG共識算法。為了發送Iota交易，用戶需要驗證之前收到的兩個交易。當更多的交易被添加到Tangle中時，共識就加強了交易的有效性。因為共識是通過交易建立的，理論上，如果有人能生成1/3的交易，他就能說服網絡上的其他成員，他的無效交易是有效的。直到有足夠的交易量，創建1/3的交易量變得不可行的時候，Iota會在一個名為“協調器”的中心化節點上“重復檢查”所有的網絡交易。Iota說，協調員就像系統的訓練輪，一旦Tangle足夠大，就會被移除。

Hashgraph：Hashgraph是Leemon Baird開發的八卦協議共識。節點隨機地與其他節點共享其已知的交易，因此最終所有交易都被傳播到所有節點。Hashgraph非常快(每秒250,000+交易)，但不能抵抗女巫攻擊。因此，Hashgraph對于私有網絡是一個很好的選擇，但你不會很快看到它在以太坊或Dispatch等公共網絡中實現。

Block-lattice：Nano（以前稱為 Raiblocks）在區塊鏈上運行，稱為Block-lattice。Block-lattice是一種結構，在這種結構中，每個用戶(地址)都有自己的鏈，只有他們可以寫入鏈，并且每個人都持有所有鏈的副本。每一筆交易都被分解為發送方鏈上的一個發送區塊和接收方鏈上的一個接收區塊。Block-lattice似乎太簡單了，但它已經在野外運行了。這種獨特的結構確實讓Block-lattice對一些獨特的攻擊向量開放，比如Penny-spend攻擊，其中攻擊者通過向大量空錢包發送微不足道的數量來夸大節點必須跟蹤的鏈數。

SPECTRE：工作證明事件的序列化:通過遞歸選舉確認交易，更廣為人知的名字是SPECTRE，是一個提議的比特幣擴展解決方案，利用PoW和DAG的組合來達成可擴展共識。在SPECTRE中，區塊被指向多個父節點，而不僅僅是一個，因此網絡可能每秒處理多個區塊。挖掘指向一些父塊的區塊支持這些區塊的有效性。與PoW的“最長鏈贏”相比，SPECTRE使用的是“帶有最多子元素的區塊贏”。

在容量證明法中，復雜的數學難題的答案存儲在硬盤等數字存儲器中。整個過程叫做繪圖。當存儲設備被填滿數學難題的解決方案后，用戶可以使用存儲設備來生成區塊。最快找到解決方案的用戶有機會創建一個新區塊。因此，擁有最高存儲容量的用戶將有更高的機會生成新區塊。

經過時間證明過程隨機公平地根據他們等待的時間來決定新塊的生產者。為此，該機制為每個用戶提供一個隨機的等待時間，等待時間最早結束的用戶將生成一個新區塊。只有當系統能夠驗證沒有用戶可以運行多個節點并且等待時間是真正隨機的時候，這種共識機制才會起作用。

身份證明將用戶的私鑰與授權的身份進行比較。基本上，身份證明是用戶私鑰的一段加密證據，該私鑰以加密方式附加到特定的交易中。區塊鏈網絡中的任何被識別的用戶都可以創建一個數據塊，該數據塊可以呈現給網絡中的任何人。身份證明確保創建的數據的完整性和真實性。此外，智慧城市可以使用區塊鏈共識機制，如身份證明，以驗證其公民的身份。

活動證明機制是工作證明和權益證明的結合。在活動證明中，礦工試圖找到謎題的解決方案并獲得獎勵。然而，在活動證明機制中創建的區塊是簡單的模板，它挖掘了獎勵地址和報頭信息。然后使用標頭信息隨機選擇一組驗證者對區塊進行簽名。擁有較大權益的驗證者被選中簽署新區塊的可能性更大。一旦選定的驗證者簽署了一個新的區塊，它就成為網絡的一部分。如果某些驗證者未簽名該區塊，它將被丟棄，并使用一個新區塊。在此過程中產生的網絡費用在獲勝的礦工和驗證者之間分配。

Source：

https://medium.com/hackernoon/a-hitchhikers-guide-to-consensus-algorithms-d81aae3eb0e3

https://www.allerin.com/blog/8-blockchain-consensus-mechanisms-you-should-know-about

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