不同的共识机制对比特币区块链有何影响？

区块链主流共识机制分析报告

在区块链的交流和学习中，“共识算法”是一个被提及的太频繁的词。正是因为共识算法的存在，才能保证区块链的可信度。

常见的共识算法有很多，如PoW（Proof of Work，工作量证明），PoS（Proof of Stake，权益证明），DPoS（Delegate Proof of Stake，委托权益证明），PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance） ，实用的太极容错算法）等。

通俗的讲，不同的算法就是不同的玩法。在区块链世界中，共识通常是通过特定的物理算法来实现的。本文将对POW、POS、DPOW、DPOS、DBFT、POA、POET等七种共识机制进行较为详细的介绍。

1. 主流共识机制介绍

工作证明（POW）：

工作量证明（POW）应该被视为最常见的共识算法之一。一个简单的理解就是证明你做了一定的工作。监控工作的整个过程通常效率极低，证明工作结果以证明相应的工作量已经完成是一种非常有效的方法。比如现实生活中的毕业证、驾照等，也是通过核对结果（通过相关测试）的方式获得的证明。

工作量证明系统（或合同、功能）是针对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它需要发起者执行一定数量的操作，这意味着它需要消耗一定的计算机时间。这个概念最早是在 1993 年 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 的学术论文中提出的。工作量证明 (POW) 一词是在 1999 年 Markus Jakobsson 和 Ari Juels 的一篇文章中才真正提出的。

PoW 并不是一个新概念，但中本聪将 PoW 与密码签名、Merkle 链、P2P 网络等现有概念相结合，形成了一个可用的分布式共识系统。加密货币是这样一个系统的第一个基础和应用，因此具有很大的创新性。

在 PoW 的工作方式中比特币的运行机制分析，区块链参与者（称为“矿工”）必须解决某种“复杂且无用”的估计问题，才能将交易块添加到区块链中。

从本质上讲，这种做法确保矿工花费一些金钱或资源（矿工）来完成工作，这意味着他们不会损坏区块链系统，因为损坏系统也会导致投资损失，进而损害自己.

为了保持运行块时间不变，问题的复杂性会发生变化。有时，会有多个矿工同时解决问题。在这些情况下，每个矿工选择其中一条链，选择最长的链为赢家。

因此，如果假设大多数矿工在同一条链上工作，那么增长最快的链将是最长和最值得信赖的链。这样，只要矿工提交的工作有一半以上是可信的，加密货币就是安全的。

股权证明（POS）：

POS全称为Proof of Equity，类似于农行的资产存储。该模式会根据您持有数字货币的数量和时间，为您分配相应的月利息。鉴于 POW 主要依靠计算机硬件的稀缺性来避免巫术，POS 主要依靠区块链本身的代币。在 POW 中，用户可以花 1000 美元购买一台计算机，加入网络挖掘新区块，并获得奖励。

简单来说，就是按照你持有货币的数量和时间，按月支付利息的系统。在 PoS POS 模式中，有一个术语叫币龄，每个币每晚形成 1 个币龄，比如你持有 100 个币，总共持有 30 天，那么你的币龄是 3000。此时时间，如果你发现一个 POS 块，你的币龄将被清为 0。

但是，一旦使用代币的股份来签署一个区块，币龄将被重置为零，因此必须等待至少 30 天才能签署另一个区块。同时，为了避免非常古老或特别大的权限控制区块链，找到下一个区块的最大概率在 90 天后达到最大值。这个过程保护网络并随着时间的推移逐渐生成新的硬币，而不需要消耗大量的估计能力。

权益证明必须以某种方式定义任何区块链中的下一个合法区块，并且基于账户余额进行选择将导致中心化，例如单个最富有的成员可能具有长期优势。为此，已经设计了其他不同的方式来选择下一个合法块。

延迟工作证明 (DPoW)：

DPoW是基于PoB和DPoS的新一代共识机制，它借鉴了大神共识机制的设计理念和运行经验。DPoW是基于PoB和DPoS的新一代共识机制，它借鉴了大神共识机制的设计理念和运行经验。在基于DPoW的区块链中，矿工通过挖矿得到的不再是奖励代币，而是可以燃烧的“木头”——燃烧的木头。矿工最终通过哈希算法证明自己的工作量后，利用自己的算力获得相应的木材，木材不可交易。当木头堆积到一定数量时，就可以到达燃烧地点燃烧木头。这样可以实现计算能力和挖矿能力的平衡。拥有巨大算力的矿工和矿池没有必要成为区块生产者。小矿工也有夏天。只要他们努力工作，积累一定数量的木材，他们也可以生产积木。保证效率，人人参与，最流行的参与形式保证了去中心化的概念，避免了有算力的组织或持币大户控制网络。

dPoW 系统中有两种类型的节点：公证节点和普通节点。64 个公证节点由 dPoW 区块链利益相关者选举产生，可以将经过公证的确认区块从 dPoW 区块链添加到附加的 PoW 区块链中。一旦添加了一个区块，该区块的哈希就会被添加到由 33 个公证节点签署的比特币交易中比特币的运行机制分析，从而创建一个哈希到比特币区块链的 dPow 区块记录。该记录已被网络中的大多数公证节点公证。为了防止公证节点之间的挖矿战争，提高网络的效率，Komodo 设计了一种使用协程机制的挖矿方法，它有两种运行模式。在“No Notary”模式下，支持所有网络节点参与挖矿，类似于传统的 PoW 共识机制。在 ”

股份委托证明（DPoS）：

DPoS 机制，又称“股份授权证明机制”、“受托人机制”，由 Bitshares 首席开发者 Dan Larimer（BM）于 2014 年 4 月提出。从某种角度看，DPOS 有点像议会制或人民代表大会制度。如果代表无法履行职责（轮到他们时未能生成区块），他们将从列表中删除，并且网络会选举新的超级节点来替换它们。DPOS的出现主要是由于矿机的形成。不了解或不关心比特币的人面对着大量的计算能力。类似于演唱会的黄牛，他们囤了很多票，根本不关心演唱会的内容。

授权 Carthage 容错算法 (dBFT)：

为了解决拜占庭一般问题，dBFT“授权迦太基容错”机制是一种保证NEO区块链内部实现容错的共识算法。

在这个机制中，有两个参与者，一个是专业记账的“记账节点”，另一个是系统中的普通用户。

普通用户根据持股比例投票确定记账节点。当需要通过共识时，在这个记账节点中随机选择一个议长制定方案，然后其他记账节点跟随迦太基。基于容错算法，即少数服从多数原则作出陈述。如果超过 66% 的节点同意议长计划，则达成共识；否则，重新选择发言人并重复投票过程。

因此，dBFT 机制实际上采用了迭代共识的方式来保证系统达成共识决策。但这种机制的缺点是当系统中超过三分之一的记账节点停止工作时，整个区块链网络将难以提供正常服务；当超过三分之一的节点共同作恶时，区块链可能会分叉。

权威证明（PoA）：

基于权威证明的 PoA 网络、交易和区块由称为“验证者”的认可账户进行身份验证。由验证者运行的软件，使验证者能够将交易放入区块中。该过程是手动的，不需要验证者持续监控计算机，但需要维护计算机（权威节点）不受影响。

验证者必须满足以下三个条件：

1.身份必须在链上验证，信息可以在公开域中进行交叉验证；

2.资格必须是不可获取的，这样才能获得验证区块的权力是宝贵的（例如，潜在的验证人需要获得公证证书）；

3.建立权威的测试和程序必须完全统一。

使用 PoA，每个人都有权成为验证者，因此一旦获得验证者位置，就有动力保持。通过将声誉附加到身份，鼓励验证者维护交易过程。因为验证者不希望自己获得负面声誉，这将剥夺他们来之不易的验证者身份。

经过时间证明 (PoET)：

PoET共识机制算法一般用在许可的区块链网络中，它决定了区块持有者在网络中的挖矿能力。许可的区块链网络要求任何潜在参与者在加入之前验证他们的身份。根据公平体育彩票系统的原则，每个节点成为中奖者的机会均等。PoET 机制为大量可能的网络参与者提供了平等的获胜机会。

PoET的工作机制如下：网络中的每个参与节点都必须等待一个随机选择的时间段，第一个完成设定的等待时间段的节点将获得一个新的区块。区块链网络中的每个节点都会产生一个随机的等待时间并休眠一段设定的时间。最先唤醒的节点，即等待时间最短的节点，唤醒并向区块链提交一个新块，然后将必要的信息广播到整个点对点网络。将重复相同的过程以发现下一个块。

在 PoET 网络共识机制中，需要保证两个重要的激励：一是参与节点自然会选择一个随机时间，而不是某个参与者故意选择更短的时间来获胜；其次，获胜者确实完成了等待时间。

PoET 通过控制成本来实现共识过程，成本仍然与从过程中获得的价值成正比。这是确保加密货币经济持续繁荣的关键要求。

2. 优缺点比较

3. 主要应用项目

POW 代表 - 比特币

比特币（BitCoin）的概念最初是由中本聪在 2009 年提出的，根据中本聪的思想设计发布的开源软件以及建立在其上的 P2P 网络。比特币是一种 P2P 数字货币。点对点传输意味着去中心化的支付系统。与大多数货币不同，比特币不是由特定的货币机构发行的。它是根据特定算法通过大量估计形成的。比特币经济使用由整个 P2P 网络中的许多节点组成的分布式数据库来确认和记录所有交易。，并使用密码学的设计来保证货币流通各个环节的安全。P2P 的去中心化特性和算法本身可以确保货币的价值不能被大量生产的比特币人为操纵。基于密码学的设计允许比特币只能由真正的所有者转移或支付。这也保证了货币所有权和流通交易的匿名性。比特币与其他虚拟货币的最大区别在于其总量非常有限，并且具有很强的稀缺性。货币系统过去 4 年不超过 1050 万，之后总数量将永久封顶在 2100 万。比特币与其他虚拟货币的最大区别在于其总量非常有限，并且具有很强的稀缺性。货币系统过去 4 年不超过 1050 万，之后总数量将永久封顶在 2100 万。比特币与其他虚拟货币的最大区别在于其总量非常有限，并且具有很强的稀缺性。货币系统过去 4 年不超过 1050 万，之后总数量将永久封顶在 2100 万。

POS 代表 - Peercoin

PPCoin，简称PPC，名称取自P2P货币的意思，即点对点货币，所以翻译为P2P货币。PPC于2012年8月发布，PPC研发团队与Prime Coin XPM研发团队为同一团队，技术实力雄厚，得到业界认可。PPC采用SHA256算法，在BTC的基础上改进优化。PPC 最大的贡献在于它创建了 POS 月利率系统来防止通货紧缩。许多后续的山寨币都模仿了PPC的概念。PPC每10分钟形成一个区块，每个区块初始可以产生2070个PPC

DPOW 代表 - 科莫多

Komodo 是一种注重隐私的加密货币，它结合了 ZCash 的匿名性和比特币的安全性。

使用 Komodo 团队开发的一种新的共识机制，延迟工作证明，Komodo 区块可以使用比特币区块链进行公证。KMD 通过基于 Equihash 的 PoW 合约发行，新的区块信息被发送到投票前的公证节点。这些节点通过创建自定义交易在 BTC 区块链上插入科莫多区块信息。

Komodo 使用零知识证明来提供 100% 匿名交易，由比特币的力量保护。

DPOS 代表 EOS

EOS是由区块链鹈鹕Daniel Larimer开发的类似操作系统的区块链架构平台，旨在实现分布式应用的性能扩展。EOS 在数百个 CPU 或集群上提供帐户、身份验证、数据库、异步通信和程序调度。该技术的最终形式是区块链架构，可以支持每秒数百万笔交易，而无需普通用户付费使用。

DBFT 代表 - NEO

NEO 是一个基于社区的非营利性区块链项目。它是一个分布式网络，利用区块链技术和数字身份将资产数字化，利用智能合约对数字资产进行自动化管理，实现“智能经济”。. NEO底层支持多种数字资产，用户可以在NEO上注册和分发资产，自由交易和流通。支持数字证书，解决公链的信任问题。使用数字证书，资产可以合法合规地在区块链上发行，享受法律保护。

POA代表-唯链

唯链平台是基于区块技术的全球账本信息交互与协作云平台。通过API与应用层连接，可以将现实世界中的人、物或物数字化，实现信息的互联互通。通过基于行业实际应用的智能合约，实现不同场景下的协作和价值传递，从而将真实的商业世界映射到区块链上。通过跨平台、跨企业、跨行业、跨界的互联互通与协作，打造全新的商业模式，为协作参与者提供“信任服务”。唯链项目于 2015 年 6 月在广州启动，目前已经经历了三大升级。

POET 代表 - HyperLedger Sawtooth

2015 年 12 月，Linux 基金会宣布启动 Hyperleger 项目。Genesis 成员于 2016 年 2 月公布。3 月 29 日，又公布了 10 名成员和整治委员会。5 月 19 日，Brian Behlendorf 被任命为该项目的执行经理。

该项目的目标是跨行业开发和编写区块链和分布式账本系统，重点是开发性能和可靠性（相对于类似的数字货币设计），以支持主要技术、金融和供应链公司的全球业务交易在 。该项目将通过框架方法和专用模块继承独立的开放合约和标准，包括每个区块链的共识机制和存储方法，以及身份服务、访问控制和智能合约。

HyperLedger Sawtooth 是由 Intel 的 Software Guard Extensions (SGX) 提供的共识合约。

总结

通过梳理目前市面上的7种主流共识算法，我们发现每种共识机制（算法）都有自己的优缺点，所以在实际应用场景中，应该根据具体情况进行选择。

作为区块链技术的灵魂，共识机制发展迅猛。目前，基于上述共识机制的变体已经出现。同时，一些组合或新的共识机制正在逐渐被提出，包括区块链的设计，因为不可能三角的激励。，也有一些变种，比如分层设计。相信在不久的将来，各派区块链技术和共识机制将成为影响人们日常生活、推动社会变革的神器。