區塊鏈:共識機制，區塊鏈的價值與靈魂_BFT

怎么才能在區塊鏈分布式系統中更高效地達成共識，保障區塊鏈系統的正常運行？共識機制在其中起到了決定性的作用。

作為區塊鏈技術的核心元素，共識機制的設計決定了整個系統的可擴展性、安全性和去中心化的程度，也決定了系統能否承載更多、更復雜的應用，以及是否能適應更廣泛的應用范圍。

比特幣的成功吸引了大量的關注，其共識機制也引來了眾多模仿者。一些人試圖對其進行完善，還有另一些人希望對它進行全面革新。

POW工作量證明

比特幣使用的是POW工作量證明機制，其后來者以太坊、萊特幣也采用同樣的共識機制。POW需要進行大量的計算，以算出系統給出的數學難題。具體來說就是，計算出新區塊的hash值，并且這個hash值要小于某個數，而且計算難度每過一段時間就會調整，以應對全網算力的變化，用來平衡生成一個區塊所需的時間。

Avalanche公布升級版共識機制Snowman++:9月19日消息，Avalanche于9月16日公布升級版共識機制Snowman++，目前Snowman++已經在Fuji測試網上激活，主網上的激活時間將在后續公布。交易所、錢包無需做出改變。節點需要升級至AvalancheGo@v1.6.0。（Medium）[2021/9/19 23:36:31]

盡管POW是非常公平和安全的共識機制，但它巨量的計算會消耗大量的能源，并造成環境污染。國際能源署2016年的數據顯示，加密貨幣挖礦每年消耗的能源相當于希臘、以色列、智利、捷克等國的能源消耗水平。此外，加密貨幣挖礦行業每年產生的二氧化碳排放量，保守估計也要超過紐約到洛杉磯30多萬次航班飛行的二氧化碳排放量。

北京政府要求超前布局區塊鏈，加快共識機制、分布式存儲和跨鏈協議等技術突破:8月3日，中共北京市委辦公廳、北京市人民政府辦公廳向各區委、區政府、市委各部委辦、市各國家機關、各國有企業、各人民團體以及各高等院校印發《北京市關于加快建設全球數字經濟標桿城市的實施方案》通知，通知指出，要超前布局區塊鏈，圍繞區塊鏈高性能、安全性、隱私保護、可擴展性等方向，加快共識機制、分布式存儲、跨鏈協議、智能合約等技術突破，實現大規模區塊鏈算法性能關鍵技術突破，以及通過匯聚激活超大規模的數據要素資產，率先建設數據原生的城市基礎設施，集中建設開放互聯的國際數據樞紐等來打造全球領先的數字經濟新體系。（北京市人民政府官網）[2021/8/3 1:31:22]

POS權益證明

Pallet采用陪審團共識機制的輕量級的跨鏈協議:Pallet是由硅谷、東京、香港、奧克蘭、臺北、中國大陸的技術團隊共同發起國際性項目。Pallet中文又譯作“調色板”，將鏈鏈互聯，建立“互鏈網”，讓區塊鏈“孤島”間的價值流動暢通無阻，成為區塊鏈世界的IP協議。Pallet基于團隊前身項目開發，已有3年的技術積累，針對現有的跨鏈項目如Corda、RootStock、Polkadot以及Cosmos等項目進行了深入分析和比對提出了自己具有技術優勢和特點的解決方案。[2018/2/24]

POS權益證明機制解決了POW工作量證明機制能源浪費的問題，通過持有Token的數量和時長來決定獲得記賬權的機率。相比POW，POS避免了挖礦造成大量的資源浪費，縮短了各個節點之間達成共識的時間，網絡環境好的話可實現毫秒級，對節點性能要求低。

但POS的缺點同樣明顯，持有Token多的節點更有機會獲得記賬權，這將導致“馬太效應”，富者越富，破壞了區塊鏈的去中心化。

DPOS委托權益證明

DPOS委托權益證明與POS原理相同，其主要區別在于，DPOS的Token持有者可以投票選舉代理人作為超級節點，負責在網絡上生產區塊并維護共識規則。如果這些節點未能履行職責，將投票選出新的節點。

DPOS算法由DanLarimer于2014年提出，并被EOS、Tron、Bitshares等項目采用，其每秒處理的交易量比POS更高，能源消耗較少，但由于記賬權集中在一小部分節點手中，因此它也傾向于中心化。

POA權威證明

POA不是一種獨立的共識算法，而是POW和POS混合的算法，目前有唯鏈、歐鏈等采用了POA共識機制。

POA節點之間無需進行通信即可達成共識，因此效率極高。并且它也能很好地對抗算力攻擊，安全性較高。但是POA需要一個集中的權威節點來驗證身份，這就意味著它會損害區塊鏈的去中心化，這也是在去中心化和提高效率之間的妥協。

PBFT拜占庭容錯算法

PBFT模型是建立在工作量證明基礎之上的另一種共識機制，這個概念本身比POW早了十年。它在20世紀90年代后期被提出，旨在抵御惡意節點破壞網絡的風險，使用PBFT的風險很低，并且信任與資產所有權完全脫鉤。

PBFT系統的工作原理是，惡意節點的最大數量不得大于或等于系統中所有節點的三分之一。隨著節點數量的增加，系統變得更加安全。PBFT的變體目前被Hyperledger，Stellar和Ripple等采用。

上述幾例只是所有共識機制中常見的一部分，它們經過時間的驗證，已經被各種區塊鏈項目采用，但在某種程度上共識機制的發展都是為了解決POW和POS的缺陷，也就是為了在區塊鏈“不可能三角”——去中心化、可擴展性、安全性之間達到平衡。畢竟，區塊鏈從根本上提供的是去信任的系統，安全和權力下放是一開始建立信任的關鍵，可擴展性則是系統可用性的決定因素。

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