区块链的共识机制是什么?一文读懂区块链共识机制

众所周知,目前区块链技术是金融领域的一个研究热点,而我们今天要说的共识机制就是区块链中非常重要的一种技术,是区块链的四大核心技术之一,另外三个分别是分布式账本、密码学以及智能合约。共识机制的主要作用就是让区块链在分布式

众所周知,目前区块链技术是金融领域的一个研究热点,而我们今天要说的共识机制就是区块链中非常重要的一种技术,是区块链的四大核心技术之一,另外三个分别是分布式账本、密码学以及智能合约。共识机制的主要作用就是让区块链在分布式的网络中能够达到一种一致的状态,而在区块链这种分布式记账的系统中,一致性的问题就是最关键的问题,目前市场上主要的共识机制有工作量证明、权益证明、股份授权证明等。那么到底区块链的共识机制是什么?下面就让链百科小编带大家一文读懂区块链共识机制。

区块链的共识机制是什么?一文读懂区块链共识机制

区块链的共识机制是什么?

区块链是一种分布式记账系统。在分布式系统中,最为关键的问题就是一致性问题。一致性问题指的是对于给定一组服务器节点指定一系列操作,在某个协议保障下,使得各服务器节点对处理结果达成一致,其中用到的协议也被称作为共识算法。

共识算法在分布式系统中应用十分广泛,如领导选择问题中所有进程对领导达成一致、互斥问题中对于哪个进程进入临界区达成一致、区块链中记账问题的所有节点对账目达成一致都可以看作是共识算法需要解决的问题。

共识机制有哪几种?

1. PoW( Proof of Work)工作量证明机制——多劳多得

PoW机制中根据矿工的工作量来执行货币的分配和记账权的确定。算力竞争的胜者将获得相应区块记账权和比特币奖励。因此,矿机芯片的算力越高,挖矿的时间更长,就可以获得更多的数字货币。这种算法简单,容易实现;节点间无需交换额外的信息即可达成共识;破坏系统需要投入极大的成本。但是非常浪费能源;区块的确认时间难以缩短;矿机矿池等专业计算机的出现使得区块链去中心化变弱。

基于PoW共识机制的数字货币有比特币、莱特币、狗狗币等,但大都是第一代区块链产物。

2.PoS(Proof of Stake)权益证明机制——持有越多,获得越多

POS 机制采用类似股权证明与投票的机制,选出记帐人,由它来创建区块。持有股权愈多则有较大的特权,且需负担更多的责任来产生区块,同时也获得更多收益的权力。POS 机制中一般用币龄来计算记账权,每个币持有一天算一个币龄,比如 持有100个币,总共持有了30天,那么此时的币龄就为3000。在 POS 机制下,如果记账人发现一个 POS 区块, 他的币龄就会被清空为0,每被清空365币龄,将会从区块中获得0.05个币的利息(可理解为年利率5%)。POS在一定程度上缩短了共识达成的时间,不再需要大量消耗能源挖矿。但本质上没有解决商业应用的痛点;所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击影响。

第二代区块链以太坊前三阶段均采用PoW共识机制,在第四阶段开始以太坊将采用权益证明机制。

3. DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授权证明机制

DPOS 是在 POS 基础之上发展起来的。与PoS的主要区别在于持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。DPoS的工作原理为:每个股东按其持股比例拥有影响力,51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标,每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费,一名代表将获得1股作为报酬。DPoS的投票模式可以每30秒产生一个新区块。DPoS的支持者众多,影响力广泛,后来者居上。

4. DAG(Directed acyclic graph)有向无环图——无区块链概念

DAG最初出现就是为了解决区块链的效率问题。其通过改变区块的链式存储结构,通过DAG的拓扑结构来存储区块。在区块打包时间不变的情况下,网络中可以并行的打包N个区块,网络中的交易就可以容纳N倍。之后DAG发展成为脱离区块链,提出了blockless无区块的概念。新交易发起时,只需要选择网络中已经存在的并且比较新的交易作为链接确认,这一做法解决了网络宽度问题,大大加快了交易速度。

虽然这种共识机制交易速度快,无需挖矿,极低的手续费。但是由于其网络规模不大,导致极易成为中心化,安全性低于其他共识机制,有违区块链思想。

5. PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)实用拜占庭容错——分布式一致性算法

实用拜占庭容错在保证活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。在分布式计算上,不同的计算机透过讯息交换,尝试达成共识;但有时候,系统上协调计算机(Coordinator / Commander)或成员计算机 (Member /Lieutanent)可能因系统错误并交换错的讯息,导致影响最终的系统一致性。拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量,寻找可能的解决办法,这无法找到一个绝对的答案,但只可以用来验证一个机制的有效程度。而拜占庭问题的可能解决方法为:在 N ≥ 3F+1的情况下一致性是可能解决。其中,N为计算机总数,F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后,各计算机列出所有得到的信息,以大多数的结果作为解决办法。

优点是系统运转可以脱离币的存在,pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成,安全性与稳定性由业务相关方保证;共识的时延大约在2~5秒钟,基本达到商用实时处理的要求;共识效率高,可满足高频交易量的需求。缺点是当有1/3或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务;当有1/3或以上记账人联合作恶,且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时,恶意记账人可以使系统出现分叉,但是会留下密码学证据;去中心化程度不如公有链上的共识机制,因此更适合多方参与的多中心商业模式。实用拜占庭容错主要应用于央行的数字货币。

8. PoA(Proof-of-Authority)机制

PoA共识机制,这种共识机制能达到的TPS,相较于目前任何其他共识机制,在TPS上都要高出很多。从理论上这种共识机制能达到10000TPS,10000TPS完全足够正常商业活动的性能要求。PoA与PoS类似,但是POS是基于持币加时间的模式,所以同样会造成利益分配的不均衡和大节点的产生,在PoA中,验证者不需要在网络中持有股份,但是必须具有已知的和经过验证的身份,这意味着验证者不会有动机为自己的利益行事,由这些验证者来验证和治理DAPP的投票。如此,让PoA的网络变得更加安全和便宜。

如果引入PoW机制进行混改,则可以实现记账权和监督权的分离,行使监督权的节点将不再消耗算力挖矿,节约能源成本,同时也防止了矿池中心化的现象;PoW+PoA的机制不仅仅缩短了交易确认时间同时可以投票取消GAS费用,大幅降低交易成本;Gongga就是采用的这种混合共识机制,有GGA的用户与矿工均可以参与到投票中,共同参与社区的重大决定;PoA还为不合格的矿工提供了一个制衡机制;通过PoW+PoA公平的按持币数量与工作量分配投票权重,可以实现社区自治。

通过PoW,使得Gongga有挖矿的硬性成本作为币价的保证,又制约了单独PoA机制里数字货币过于集中的问题;PoA让中小投资者着眼于项目的中长期的发展,中小户更倾向于把币放在钱包里进行PoA而不是放在交易所随时准备交易使得社区生态更加健康,人们会将注意力更多的放在Gongga技术与落地应用上,而不是仅仅关注短期的价格波动;在安全性上,由于PoW必须通过PoA的验证才可生效,PoW矿工不能自行决定并改变网络规则,这有效的抵挡了51%攻击。

综上所述,就是链百科小编对于区块链的共识机制是什么这一问题的回答,希望这篇一文读懂区块链共识机制能够帮助对于这一概念还不太了解的投资者们更加快速深入的了解。链百科小编在这里提醒各位投资者,目前是没有哪一种共识机制是可以完美解决所有的问题的,每个共识机制都有自己的优劣的,随着目前整个数字货币市场的扩大,各种共识机制也都在不断的自我更新,不断更迭。如果大家还想了解更多的资讯,可以关注链百科,链百科小编会为大家持续更新相关报道。

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