06.12 區塊鏈中常見的幾種共識機制

區塊鏈中常見的幾種共識機制

常見的區塊鏈共識機制主要有三種:工作量證明、權益證明和股份授權證明

工作量證明

所謂的工作量證明,也就是Proof of Work,簡稱PoW,在實際的工作中,工作量只能從結果來證明,畢竟監測工作的過程通常是繁瑣而且低效的。

比特幣在區塊的生成過程中就使用了PoW機制,具體表現為一個符合要求的區塊哈希值由N個前導零構成,零的個數取決於網絡的難度值。想要得到合理的區塊哈希值需要經過大量的嘗試計算,計算的時間則取決於機器的哈希運算速度。當某個節點提供出一個合理的區塊哈希值,就說明該節點確實經過了大量的嘗試性計算,當然,到了這一步並不能就此得出計算次數的絕對值,畢竟尋找合理的哈希值是一個概率事件,當節點擁有佔全網n%的計算能力時,該節點也就有n%的概率找到區塊的哈希值。

PoW依靠機器進行數學運算來獲取記賬權,對資源的消耗很大, 共識機制高,可監管性弱,與此同時每次達成共識需要全網共同參與,性能效率比較低,在容錯性方面,允許全網50%的節點出錯,優缺點同樣也很明顯。

PoW的優點:完全去中心化,節點自由進出。

PoW的缺點:目前比特幣已經吸引了全球大部分的運算能力,其他再使用PoW共識機制的區塊鏈應用很難獲得相同的計算能力來保障自身的安全,同時由於挖礦造成大量的資源被浪費,共識達成的週期很長。

目前使用PoW的項目主要有:比特幣、以太坊的前三個階段,Frontier(前沿)、Homestead(家園)、Metropolis(大都會)。而以太坊的第四個階段:S熱熱你同意(寧靜)將採用權益證明機制。

區塊鏈中常見的幾種共識機制

權益證明

權益證明(Proof of Stake 簡稱PoS),由Quantum Mechanic 在2011年在一次比特幣論壇上首先提出,後來又經過Peercoin(點點幣)和NXT(未來幣以不同的思路來實現。

PoS的主要理念是節點記賬權的獲得難度與節點持有的權益成反比,相比於PoW,其在一定程度上減少了數學運算所帶來的資源消耗,性能也得到了相應的提升,但依然還是基於哈希運算通過競爭來獲取記賬權的方式,可監管性依然很弱,這種共識機制的容錯性和PoW相同,可以將其視為PoW的一種升級,根據每個節點所佔代幣的比例和時間,等比例的降低挖礦的難度,從而加快找到隨機數的速度。

在PoW中,一個用戶可能拿1000美元來購買計算機,並加入網絡來挖礦藉此來產生新的區塊,從而得到獎勵。而在PoS中,用戶則可以拿1000美元來購買等價的代幣,並將這些代幣作為押金放入到PoS機制中,這樣一來用戶就會有機會因為產生新的區塊而得到獎勵。

從整體上來看,這個系統之中存在著一個持幣人的集合,他們將手中的代幣放入PoS機制中,這樣以來他們就變成了驗證者,比如對於區塊鏈最前面的一個區塊來說,PoS算法在驗證者中隨機選取一個(選擇驗證者的權重依據他們投入的代幣的量),給他權利產生下一個區塊,如果在一定的時間內,這個驗證者沒有產生任何一個區塊,則選出第二個驗證這來代替產生新的區塊。與PoW一樣,PoS以最長的鏈為準。同樣PoS的優缺點也很明顯。

PoS的優點:在一定程度上縮短了共識達成的時間,不再需要消耗大量的能源去挖礦。

PoS的缺點:還是需要挖礦,沒有從本質上解決商業應用的痛點,所有的確認都只是一個概率上的表達,而不是一個確定性的事情,理論上有可能存在其他攻擊的影響。

區塊鏈中常見的幾種共識機制

BitShares(比特股)社區首先提出了股份授權證明(簡稱DPOS)機制,他與PoS的最主要區別在於節點需要選舉若干的代理人由代理人來驗證和記賬,但是其合規監管、性能、資源消耗和容錯性能與POS相似,類似於董事會的投票,持幣者投出一定數量的節點,進行代理驗證和記賬。

DPOS的主要工作原理為,每一個股東按其持股比例擁有相應的影響力,51%的股東投票結果將是不可逆並且有約束力的,其挑戰是通過及時而高效的方法達到51%批准,為了達到這個目的,每個股東可以將其股票授權於一名代表,獲得票數最多的前100位代表將按照既定的時間表輪流產生區塊,每一位代表分配到一個時間段來產生區塊。


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