區(qū)塊鏈共識算法是什么？
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小鉆風(fēng)7星評價
2020-04-22 15:52:00
在加密貨幣領(lǐng)域中，共識算法是每個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素，它們負(fù)責(zé)維護(hù)這些分布式系統(tǒng)的完整性和安全性。第一個被創(chuàng)建出的加密貨幣共識算法是工作量證明（PoW），它由中本聰設(shè)計并在比特幣上實現(xiàn)，用于實現(xiàn)拜占庭容錯。
共識算法
共識算法可以被定義為使區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)達(dá)成共識的機制。公共（去中心化的）區(qū)塊鏈?zhǔn)亲鳛榉植际较到y(tǒng)來構(gòu)建的，由于它們不依賴于一個中央權(quán)威，因此分散的節(jié)點需要就交易的有效與否達(dá)成一致。這就是共識算法發(fā)揮作用的地方，確保所有節(jié)點都遵守協(xié)議規(guī)則并保證所有交易都以可靠的方式進(jìn)行，即每個貨幣都只能花一次。
在深入研究不同類型的共識算法之前，先了解算法和協(xié)議之間的差異非常重要。
共識算法與協(xié)議
算法和協(xié)議作為術(shù)語經(jīng)常會被互換使用，但它們并非同一回事。簡單來說，我們可以將協(xié)議定義為區(qū)塊鏈的主要規(guī)則，而將算法定義為遵循這些規(guī)則的機制。
除了金融系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以應(yīng)用于各種各樣的業(yè)務(wù)，并且可以適用于不同的用例。但無論什么情景，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)都將建立在一個協(xié)議之上，該協(xié)議將定義系統(tǒng)應(yīng)該如何工作，因此系統(tǒng)的所有不同部分和網(wǎng)絡(luò)的所有參與者都需要遵循規(guī)則。
雖然協(xié)議確定了規(guī)則是什么，但算法告訴系統(tǒng)采取哪些步驟來遵守這些規(guī)則并最終產(chǎn)生所需的結(jié)果。例如，區(qū)塊鏈的共識算法決定了交易和區(qū)塊的有效性。因此，比特幣和以太坊是協(xié)議，而工作量證明和權(quán)益證明是它們的共識算法。
進(jìn)一步來說，比特幣協(xié)議定義了節(jié)點間應(yīng)如何交互，數(shù)據(jù)應(yīng)如何在它們之間傳輸，以及區(qū)塊驗證成功的要求是什么。另一方面，公式算法負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)驗證余額和簽名，確認(rèn)交易，以及實際執(zhí)行區(qū)塊驗證 - 所有這些都取決于網(wǎng)絡(luò)共識。
不同類型的共識算法
有幾種類型的共識算法。最常見的是工作量證明（PoW）和權(quán)益證明（PoS）。在嘗試平衡安全性與功能性和可擴展性時，每個方案都有各自的優(yōu)缺點。
工作量證明（PoW）
工作量證明是第一個被建立的共識算法。它被比特幣和許多其他加密貨幣所采用。工作量證明算法是挖礦過程的重要組成部分。
工作量證明挖礦涉及到大量哈希（算力）的（挖礦）嘗試，因此更多的算力意味著每秒更多的嘗試。換句話說，哈希率的礦工有更多機會找到下一個區(qū)塊（也叫做塊哈希）的解。如果網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)點達(dá)成共識并且確認(rèn)礦工提供的塊哈希是有效的工作證明，則工作量證明共識算法確保該礦工僅能夠驗新區(qū)塊里的交易并將其添加到區(qū)塊鏈。
權(quán)益證明（PoS）
作為工作量證明的替代方案，權(quán)益證明共識算法在2011年被提出。盡管工作量證明和權(quán)益證明有著相同的目標(biāo)，但它們存在根本的差異性特殊性。特別是驗證新塊的過程。
簡單來說，權(quán)益證明共識算法用一種機制來取代工作量證明的挖礦，期中區(qū)塊根據(jù)參與者的質(zhì)押的幣而驗證。每個區(qū)塊的驗證者（也稱為鑄造者或者鑄幣者）由本身的加密貨幣投資決定，而不是分配的算力數(shù)量。每個權(quán)益證明系統(tǒng)可以以不同的方式來實現(xiàn)該算法，但是通常來說，區(qū)塊鏈由隨機的選舉過程保護(hù)，該過程考慮了節(jié)點的財富、幣齡（幣被鎖定或者是質(zhì)押的時間）以及隨機因素。
以太坊區(qū)塊鏈目前基于工作量共識算法，但是最終Casper協(xié)議將被推出以將網(wǎng)絡(luò)從工作量共識切換到權(quán)益共識，以嘗試增加網(wǎng)絡(luò)的可擴展性。
為什么共識算法對于加密貨幣至關(guān)重要
就如同前面所說，共識算法對于維護(hù)加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的完整性和安全性至關(guān)重要。它們提供了一種分布式節(jié)點就正確版本的區(qū)塊鏈達(dá)成共識的方法。對當(dāng)前的區(qū)塊鏈狀態(tài)達(dá)成共識對數(shù)字經(jīng)濟系統(tǒng)的正常運作至關(guān)重要。
工作量證明共識算法被認(rèn)為是拜占庭將軍問題的最佳解決方案之一，它可以將比特幣創(chuàng)建為拜占庭容錯系統(tǒng)。這意味著比特幣對攻擊具有很強的抵抗力，例如51%的攻擊（或多數(shù)攻擊）。不僅僅因為網(wǎng)絡(luò)是去中心化的，而且還因為工作量證明算法。挖礦過程中涉及的高成本使礦工很難并且不太可能投入資源來破壞網(wǎng)絡(luò)。
悠然玉兔5星評價
2020-04-22 15:52:39
區(qū)塊鏈共識算法是什么?
共識機制就是用來解決分布式系統(tǒng)的一致性問題，其核心為在某個協(xié)議(共識算法)保障下，在有限的時間內(nèi)，使得指定操作在分布式網(wǎng)絡(luò)中是一致的、被承認(rèn)的、不可篡改的。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，特定的共識算法用于解決去中心化多方互信的問題。
其實簡單理解就是達(dá)成一致。現(xiàn)實生活中很多場景是需要達(dá)成一致的。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，每個節(jié)點必須讓自己的賬本和其他節(jié)點的賬本保持一致。而中心化世界里，這幾乎不可能，因為有一個中心服務(wù)器存在。
共識算法有幾類?
在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，共識算法則通過經(jīng)濟利益的博弈，來鼓勵對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)及提高不可信節(jié)點的作惡成本。常用算法如PoW、PoS、DPoS等，不同的算法，其實就是不同的游戲玩法。
PoW(Proof of Work，工作量證明)—主要代表：比特幣所謂的比特幣挖礦就是通過計算符合某一個比特幣區(qū)塊頭的哈希散列值爭奪記賬權(quán)。這個過程需要通過大量的計算實現(xiàn)，簡單理解就是你進(jìn)行的計算量大(工作量大)，你就有大概率獲得記賬權(quán)。包括：Bitcoin，Ethereum，Litecoin，Zcash。優(yōu)點：隨機性、公平性好;缺點：耗能。
PoS(Proof of Stake，權(quán)益證明)—主要代表：點點幣簡單理解就是根據(jù)資產(chǎn)的多寡分配獲取記賬權(quán)的概率，類似股份公司中的股東。包括：Ethereum-PoS，Tendermint，Algorand，EOS DPoS，DFINITY，VBFT。優(yōu)點：攻擊更昂貴，性能效率高;缺點：權(quán)利集中。
DPoS(Delegate Proof of Stake，委托權(quán)益證明)—主要代表：EOSPoS的改進(jìn)，通過社區(qū)選舉產(chǎn)生記賬者，類似股份公司中的董事會。如：Steemit， EOS， bitshare優(yōu)點：廉價的交易，可伸縮的;缺點：目前部分集中。
為適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，區(qū)塊鏈共識機制的研究集中于優(yōu)化系統(tǒng)的可擴展性、運行效率、容錯性等方面。在新興的區(qū)塊鏈方案中，會將各種共識機制結(jié)合使用，例如在分層/分片方案中，最上層的主鏈?zhǔn)褂肞oW機制以確保全局共識的有效性并用來對抗女巫攻擊，而在相對小范圍的分片中，使用PoS或者BFT算法來實現(xiàn)更高效率的共識。典型的案例包括未來引入基于校驗器管理和約分片方案的以太坊以及Zilliqa等。盡管這些方案尚未落地驗證，但他們代表了未來區(qū)塊鏈設(shè)計的趨勢。
共識算法發(fā)展歷程：
從歷史上看，共識算法起源于多處理器計算的研究;它們解決的是處理器可能出現(xiàn)故障(即變得無響應(yīng))時的全局狀態(tài)問題。在這些情況下通信是同步的，即受一些已知的時間上限。
后來，隨著電信和計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了另外兩個問題：未知的通信延遲和對手的存在。前者導(dǎo)致了部分新的研究同步和異步共識算法和創(chuàng)建算法可以容忍任意代理行為(拜占庭行為)——即所謂的拜占庭容錯算法(或BFT共識)。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，對手的問題變得更加嚴(yán)重。如果在多處理器環(huán)境或電信基礎(chǔ)設(shè)施中可以識別每個代理，那么在Internet的許多情況下就不能這樣做。因此，出現(xiàn)了一種新的公共(或無許可)共識，共識算法必須成為一種協(xié)議，其中嵌入了識別和排除拜占庭式代理的規(guī)則和程序——就像一些附帶機制降低了此類代理進(jìn)一步參與協(xié)議的經(jīng)濟能力一樣。這種制度以POW 和POS的名義引起了公眾的注意。我們將以經(jīng)濟激勵(BFT- ei)命名這些協(xié)議。在許多情況下，異步性和無許可性要求犧牲其他共識品質(zhì)，比如決定論或適用于領(lǐng)導(dǎo)人選舉場景的能力。
共識算法應(yīng)用：
通常，共識算法用于解決以下問題：
· 領(lǐng)袖選舉(在所有共識參與者中選擇代理人，有權(quán)更新系統(tǒng)的全球狀態(tài))
· 原子交換(不能根據(jù)事件的內(nèi)部屬性確定其順序事件的確切順序)
· 狀態(tài)復(fù)制(維護(hù)所有或大多數(shù)代理共享的全局狀態(tài))
總體來說，主流共識算法逐漸由PoW轉(zhuǎn)向PoS共識算法，出現(xiàn)POW和POS混合的趨勢，POW的公平性和POS的效率得到融合補充。但即便是每種加密貨幣背后都有一種偉大的共識算法，沒有一種共識算法是完美的，各有優(yōu)缺點。隨著區(qū)塊鏈項目越來越多，而共識算法也會不斷改進(jìn)。