区块链共识机制常见的有哪几种

hello 大家好,今天继续给大家区块链知识。

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。

共识机制的发展

迄今为止,没有任何一种共识机制完美地解决了所有问题,每个共识机制都存在各自的短板。数字货币市场在不断扩大,毫无疑问共识机制也在不断地自我更新。

从PoW到PoS,PoS到DPoS,以及DAG的无区块链概念,无疑不是对效率和安全的不断追求。但是共识越集中(参与度越低),效率越高,也越容易出现安全和独裁腐败现象(和去中心化的初衷背道而驰)。只有做到各方面的平衡,通过之后的发展以及不断的更迭,数字货币以及区块链未来可期。目前来看,这种权衡做的最为出色的就是PoW+PoA这种混合共识机制了。


 

 

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