区块链最常见共识机制是 区块链中最常见的共识机制有两类

超果 区块链 2022-12-22 179 0

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号称“区块链的灵魂”的共识机制是什么?

我们知道区块链是去中心化分布式记账技术区块链最常见共识机制是,在区块链系统当中,没有一个像银行一样区块链最常见共识机制是的中心化记账机构,如何保证每一笔交易在所有记账节点上的一致性呢?共识机制解决的就是这个问题,因此也可以说共识机制是区块链的灵魂。

目前比较常见的共识机制有区块链最常见共识机制是:工作量证明 PoW(Proof of Work)、权益证明(Proof of Stake)以及委托权益证明(Delegated Proof of Stake):

 01 

PoW(Proof-of-Work)

工作量证明机制

POW的全称为Proof of Work,翻译过来即“工作证明”或者“工作量证明”。挖矿获得多少货币奖励,取决于挖矿贡献的有效工作,也就是说矿机的性能越好、挖矿的时间越长,所获得的货币奖励就越多。

BTC就是POW机制下最成功的加密货币。POW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平,但在现有框架下,采用POW的“挖矿”形式,将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平,并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS(5笔/秒),以太坊目前受到单区块GAS总额的上限,所能达到的交易频率大约是25TPS,与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。

 02 

PoS(Proof-of-Stake)

权益证明机制

POS 即权益证明或者股权证明,全称为 Proof of Stake。权益证明模式就是根据所持有货币的量和时间,来发利息的的一个模式。

POS机制,相比于POW,POS机制节省了能源,引入了“币龄”这个概念来参与随机运算。POS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去,而不需要额外购买设备(矿机、显卡等)。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关,即持有人持有的代币数量越多、时间越长,其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块,持币人持有的“币龄”即清零,重新进入新的循环。

在POS机制下,因为区块的签署人由随机产生,则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块,尽可能多的去清零他的“币天”。因此整个网络中的流通代币会减少,从而不利于代币在链上的流通,价格也更易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况,整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言,PoS机制下作恶的成本很低,因此对于分叉或是双重支付的攻击,需要更多的机制来保证共识。稳定情况下,每秒大约能产生12笔交易,但因为网络延迟及共识问题,需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看,生成区块(即清零“币龄”)的速度远低于网络传播和广播的速度,因此在PoS机制下需要对生成区块进行“限速”,来保证主网的稳定运行。

 03 

DPoS

委托权益证明机制

DPOS即授权股权证明(delegated proof of stake)。

DPoS机制要求在产生下一个区块之前,必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的“全民挖矿”,DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接选取可信任节点,由这些可信任节点(即见证人)来代替其他持币人行使权力,见证人节点要求长期在线,从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度,在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别,非常适合企业级的应用。

 04  其他共识机制

区块链系统中还有其它共识机制比如联盟链常用的PBFT,新经币(NEM)用的POI等。这些共识机制是为了解决现有共识机制的一些缺点而被提出的。但目前使用的系统不如POW,POS和DPOS多。

共识机制是区块链系统的核心,它决定了一个区块链系统的去中心化程度,性能和安全性。因此公链的开发中,共识机制的设计是核心和关键。

区块链常见的三大共识机制

区块链是建立在P2P网络,由节点参与的分布式账本系统,最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中,用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间,无需建立彼此之间的信任,只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是,要如何保证账本的准确性,权威性,以及可靠性?区块链网络上的节点为什么要参与记账?节点如果造假怎么办?如何防止账本被篡改?如何保证节点间的数据一致性?……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题,由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”,就是通过特殊节点的投票,在很短的时间内完成对交易的验证和确认;当出现意见不一致时,在没有中心控制的情况下,若干个节点参与决策达成共识,即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法,在机器之间建立“信任”网络,从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止,区块链共识机制主要有以下几种:POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT(实用拜占庭容错算法)、dBFT、DAG(有向无环图)

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念:

工作量证明机制(Proof of work ),最早是一个经济学名词,指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作,通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完全去中心化的优点,在以工作量证明机制为共识的区块链中,节点可以自由进出,并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。

应用:

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中,在Block的生成过程中,矿工需要解决复杂的密码数学难题,寻找到一个符合要求的Block Hash由N个前导零构成,零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算(工作量),计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件,当节点拥有占全网n%的算力时,该节点即有n/100的概率找到Block Hash。在节点成功找到满足的Hash值之后,会马上对全网进行广播打包区块,网络的节点收到广播打包区块,会立刻对其进行验证。

如果验证通过,则表明已经有节点成功解迷,自己就不再竞争当前区块,而是选择接受这个区块,记录到自己的账本中,然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块,才会添加的账本中,其他的节点进行复制,以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为,都会导致网络的节点验证不通过,直接丢弃其打包的区块,这个区块就无法记录到总账本中,作弊的节点耗费的成本就白费了,因此在巨大的挖矿成本下,也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议,也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点:结果能被快速验证,系统承担的节点量大,作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点:需要消耗大量的算法,达成共识的周期较长

概念:

权益证明机制(Proof of Stake),要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是,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。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间,依据算法等比例地降低节点的挖矿难度,从而加快了寻找随机数的速度。

应用:

2012年,化名Sunny King的网友推出了Peercoin(点点币),是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式,采用工作量证明机制发行新币,采用权益证明机制维护网络安全。

为了实现POS,Sunny King借鉴于中本聪的Coinbase,专门设计了一种特殊类型交易,叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理,其中币龄指的是货币的持有时间段,假如你拥有10个币,并且持有10天,那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币,币龄被消耗(销毁)了。

优缺点:

优点:缩短达成共识所需的时间,比工作量证明更加节约能源。

缺点:本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算,转账真实性较难保证

概念:

授权股权证明机制(Delegated Proof of Stake),与董事会投票类似,该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统,就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会,所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时,还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表,而非全体用户。在这样的区块链中,全体节点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。

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。如果必要,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。

应用:

比特股(Bitshare)是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念,见证人可以生成区块,每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个(N通常定义为101)候选者可以当选为见证人,当选见证人的个数(N)需满足:至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期(1天)更新一次。见证人然后随机排列,每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块,若见证人在给定的时间片不能生成区块,区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速,也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票,以公平民主的方式达成共识,他们投票选出的N个见证人,可以视为N个矿池,而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人(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。

优缺点:

优点:缩小参与验证和记账节点的数量,从而达到秒级的共识验证

缺点:中心程度较弱,安全性相比POW较弱,同时节点代理是人为选出的,公平性相比POS较低,同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

区块链的共识机制是什么?

所谓共识区块链最常见共识机制是,简单理解就是指大家都达成一致区块链最常见共识机制是的意思。

在区块链中区块链最常见共识机制是,其实就是一个规则,每个节点都按照这个规则去确认各自区块链最常见共识机制是的数据,最后维护整个网络的数据库保持一致。

如果以生活中的例子来举例的话,比如今天公司开个会议,但是由于老总不在,需要大家讨论决定一个项目做与否。

在这么一个群龙无首的环境中?

如何达成这个一致意见,最后形成一个决策来交给老总呢?这个过程就是需要共识机制发挥作用了。

这时也许就有人提议,大家都发个言,表个态,最后大家进行投票,并且提议人就会把讨论发言过程记录,并且最后把举手投票结果登记后,将结果交给老总。

最后根据“如果投赞成票的人数多于反对票的,则项目就开干区块链最常见共识机制是;否则就不干了”的规则,形成了决定结果。那么这个投票的规则就是共识机制。

在区块链世界里面,由于区块链运行的是一个分布式账本,或者是说分布式数据库,当一个新区块产生时,如何核对区块上面的每一笔账的准确性,让每台电脑上登记的账本都长期保持一致呢?

这就需要一个共识机制的存在了。因此共识机制,就是一套使区块链系统长期保持各个节点的账目(或者说数据)一致的机制,

区块链里,共识是区块链技术里的信任解决方案。

共识,是大家认可的,认可即生效,反对即出局。

就如你经常违反社区机制,做一些损人利己的事。

那么你就会变成恶意节点寸步难行,个人信誉度降低。甚至被社区拉入黑名单,或者驱除出境。

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