关于区块链的共识机制，你想知道的都在这！｜币评君

区块链的本质是一个分布式的去中心化的数据库，共识机制就是维护这个数据库正常运转的必要条件，理解了共识机制，也就明白了区块链的工作原理，币评君给大家讲讲区块链世界的共识机制有几种形式？优缺点又是什么？

共识机制是什么？

区块链本质是去中心化，去中心化的核心是共识机制，区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。

共识机制的必要性？

分布式系统中，多个主机通过异步通信方式组成网络集群。在这样的一个异步系统中，需要主机之间进行状态复制，以保证每个主机达成一致的状态共识。错误信息可能出现在异步系统内并不断传播，因此需要在默认不可靠的异步网络中定义容错协议，以确保各主机达成安全可靠的状态共识，这就是共识机制诞生的必要性。

央行数研所公布两项关于区块链共识、数字货币支付的新专利:10月13日消息，中国人民银行数字货币研究所的两项专利近日公布，一是区块链共识方法及装置。该专利于2022年5月20日由清华大学和数研所联合申请。发明人包括数研所所长穆长春、副所长狄刚等在内。该发明可有效提升共识效率和交易吞吐量。二是一种数字货币的流转方法及系统。该专利于2022年6月10日由数研所和上海古鳌电子科技股份有限公司联合申请。本申请对应的数字货币发行及流转采用无差别的各地就近部署的方式，便于通过动态扩容来支持大规模并行处理数字货币的支付。[2022/10/13 14:26:40]

几种共识机制

在区块链网络中，由于应用场景的不同，所设计的目标各异，不同的区块链系统采用了不同的共识算法。每种共识算法都不是完美的，都有其优点和局限性。

声音 | 德国总理：德国科研体系将特别研究关于区块链发展的建议:据新华网报道，德国研究与创新专家委员会27日向德国政府提交新一期年度报告，提出要加强对科研创新的财政支持，推动区块链和人工智能等技术发展。报告说，应推动区块链技术发展，要推出《区块链战略》，加强公众对这一技术及应用的了解和信心。德国总理默克尔当天在接受专家组递交的报告时表示，德国科研体系必须要与时俱进，将特别研究关于区块链发展的建议。德国研究与创新专家委员会是德国政府设立的由资深专家学者组成的智囊团队，每年向政府提供评估报告。[2019/2/28]

一般来说，在私有链和联盟链情况下，对一致性、正确性要求很高，会采用强一致性的共识算法。而在公有链情况下，对一致性和正确性要求稍低，通常采用最终一致性的共识算法。

▌PoW工作量证明

金色财经现场报道 圆桌环节嘉宾关于区块链3.0时代的发展方向是什么的观点:金色财经现场报道，今日在纽约举行的2018区块链无国界峰会上金色财经合伙人佟扬主持了圆桌环节，讨论了有关区块链3.0时代的发展方向。对此，Certik联合创始人哥大助理教授顾荣辉表示，区块链1.0是存储数据的区块链，区块链2.0存储的是可以操作数据的程序，而区块链3.0意味着可以在区块链之上继续加载区块链，是终极的区块链。星云链联合创始人钟馥百表示，区块链3.0偏重区块链技术的落地，区块链3.0面临经济模型和技术方面的挑战。区块链3.0可以在经济模型上激励更多的人，提供门槛更低的开发平台。IOST联合创始人及CEO钟家鸣表示，比特币仍然是最适应区块链的，区块链3.0包含目前区块链还不包括的一些功能。 Hydro Protocol联合创始人王博闻表示，以太坊区块链的效率低下，需要解决TPS问题，下一代的区块链技术需要解决是否能使TPS以指数增长的问题。[2018/5/13]

整个系统中每个节点为整个系统提供计算能力(简称算力)，通过一个竞争机制，让计算工作完成最出色的节点获得系统的奖励，即完成新生成货币的分配，简单理解就是多劳多得，bictoin、LTC等货币型区块链就应用POW机制。

韩国互联网振兴院和釜山京城大学关于区块链专业人力的研究和开发进行合作:韩国互联网振兴院和釜山京城大学关于区块链和新兴产业融合领域开展专业人力养成和共同研究的业务合作。两组织在情报互通和开发研究合作等方面构成实务协议体系，并计划在ICT领域的初期养成的课题展开讨论。KISA为了强化京城大学的信息保护，会加强管理体系认证、互联网监管等方面的建设。[2018/4/2]

优点

完全去中心化节点自由进出，算法简单，容易实现破坏系统花费的成本巨大，只要网络破坏者的算力不超过网络总算力的50%，网络的交易状态就能达成一致

缺点

浪费能源，这是最大的缺点区块的确认时间难以缩短，如bictoin每秒只能做7笔交易，不适合商业应用新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临bictoin的算力攻击对节点的性能网络环境要求高容易产生分叉，需要等待多个确认无法达成最终一致性

水滴筹、水滴互助母公司关于区块链代币发行与交易活动的声明:水滴公司近日发布声明称，水滴公司以及旗下业务所做的区块链研究均为推动行业发展的科技应用探索，没有一项与代币发行有关。水滴公司从未以代币投资或股权投资等直接或间接的任何形式参与发行代币及交易活动，也未与任何机构和个人就此开展过任何合作，更未授权任何主体或个人在代币活动中使用水滴公司与业务名称或标识。[2018/3/27]

▌PoS权益证明

也称股权证明，类似于你把财产存在银行，这种模式会根据你持有加密货币的数量和时间，分配给你相应的利息。

优点

对节点性能要求低，达成共识时间短

缺点

没有最终一致性，需要检查点机制来弥补最终性

▌DPOW委托股权证明

DPOW是PoS的进化方案，在常规PoW和PoS中，任何一个新加入的区块，都需要被整个网络所有节点做确认，非常影响效率。

DPoS则类似于现代董事会的投票机制，通过选举代表来进行投票和决策。被选举出的n个记账节点来做新区块的创建、验证、签名和相互监督，这样就极大地减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。

优点

大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证

缺点

牺牲了去中心化的概念，不适合公有链

▌PBFT实用拜占庭容错

实用拜占庭容错机制是一种采用“许可投票、少数服从多数”来选举领导者并进行记账的共识机制，该共识机制允许拜占庭容错，允许强监督节点参与，具备权限分级能力，性能更高，耗能更低，而且每轮记账都会由全网节点共同选举领导者，允许33%的节点作恶，容错率为33%。实用拜占庭容错特别适合联盟链的应用场景。

优点

会背离中心化，加密货币的存在及奖励机制会产生马太效应，让社区中的穷者更穷，富者更富共识效率高，可实现高频交易

缺点

当系统只剩下33%的节点运行时，系统会停止运行

▌dBFT授权拜占庭容错

这种机制是用权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法达成共识。授权拜占庭容错机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。

优点

专业化的记账人可以容忍任何类型的错误记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉算法的可靠性有严格的数学证明

缺点

当三分之一或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务当三分之一或以上记账人联合作恶，可能会使系统出现分叉

▌Pool验证池

基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。

优点

不需要加密货币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法基础上，实现秒级共识验证。

缺点

去中心化程度不如bictoin，更适合多方参与的多中心商业模式。

▌Paxos

这是一种传统的分布式一致性算法，是一种基于选举领导者的共识机制。领导者节点拥有绝对权限，并允许强监督节点参与，其性能高，资源消耗低。所有节点一般有线下准入机制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性。

Paxos算法中将节点分为三种类型：

proposer：提出一个提案，等待大家批准为结案。往往是客户端担任该角色

acceptor：负责对提案进行投票。往往是服务端担任该角色

learner：被告知结案结果，并与之统一，不参与投票过程。可能为客户端或服务端

Paxos能保证在超过50%的正常节点存在时，系统能达成共识。

▌瑞波共识机制

瑞波共识算法使一组节点能够基于特殊节点列表形成共识，初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由该俱乐部51%的会员投票通过。共识遵循这些核心成员的“51%权利”，外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由中心化开始，它将一直是中心化的，而如果它开始腐化，股东们什么也做不了。与bictoin及Peercoin一样，瑞波系统将股东们与其投票权隔开，因此，它比其他系统更中心化。

▌Peercoin

Peercoin，混合了POW工作量证明及POS权益证明方式，其中POW主要用于发行货币，未来预计随着挖矿难度上升，产量降低，系统安全主要由POS维护。

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