區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制有哪些？怎么樣？
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暈眩的大博7星評(píng)價(jià)
2020-10-29 10:35:03
現(xiàn)有區(qū)塊鏈項(xiàng)目的主要共識(shí)機(jī)制為由比特幣系統(tǒng)首創(chuàng)的工作量證明機(jī)制POW和由點(diǎn)點(diǎn)幣系統(tǒng)首創(chuàng)的權(quán)益證明機(jī)制 POS以及少部分項(xiàng)目采用修改后的BFT(拜占庭容錯(cuò))的共識(shí)機(jī)制。
一、POW機(jī)制
POW的全稱為Proof of Work,翻譯過來即“工作證明”或者“工作量證明”。挖礦獲得多少貨幣獎(jiǎng)勵(lì)，取決于挖礦貢獻(xiàn)的有效工作，也就是說礦機(jī)的性能越好、挖礦的時(shí)間越長(zhǎng)，所獲得的貨幣獎(jiǎng)勵(lì)就越多。
BTC就是POW機(jī)制下最成功的加密貨幣。POW機(jī)制雖然已經(jīng)成功證明了其長(zhǎng)期穩(wěn)定和相對(duì)公平，但在現(xiàn)有框架下，采用POW的“挖礦”形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運(yùn)算來保證工作量公平，并沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達(dá)到的交易效率為約5TPS(5筆/秒)，以太坊目前受到單區(qū)塊GAS總額的上限，所能達(dá)到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達(dá)到萬(wàn)次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠(yuǎn)。
二、POS機(jī)制
POS 即權(quán)益證明或者股權(quán)證明，全稱為 Proof of Stake。權(quán)益證明模式就是根據(jù)所持有貨幣的量和時(shí)間，來發(fā)利息的的一個(gè)模式。
POS機(jī)制下較為成熟的數(shù)字貨幣是Peercoin(點(diǎn)點(diǎn)幣)和NXT(未來幣)，相比于POW，POS機(jī)制節(jié)省了能源，引入了“幣齡”這個(gè)概念來參與隨機(jī)運(yùn)算。POS機(jī)制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個(gè)工作中去，而不需要額外購(gòu)買設(shè)備(礦機(jī)、顯卡等)。每個(gè)單位代幣的運(yùn)算能力與其持有的時(shí)間長(zhǎng)成正相關(guān)，即持有人持有的代幣數(shù)量越多、時(shí)間越長(zhǎng)，其所能簽署、生產(chǎn)下一個(gè)區(qū)塊的概率越大。一旦其簽署了下一個(gè)區(qū)塊，持幣人持有的“幣齡”即清零，重新進(jìn)入新的循環(huán)。
在POS機(jī)制下，因?yàn)閰^(qū)塊的簽署人由隨機(jī)產(chǎn)生，則一些持幣人會(huì)長(zhǎng)期、大額持有代幣以獲得更大概率地產(chǎn)生區(qū)塊，盡可能多的去清零他的“幣天”。因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的流通代幣會(huì)減少，從而不利于代幣在鏈上的流通，價(jià)格也更易受到波動(dòng)。由于可能會(huì)存在少量大戶持有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)代幣的情況，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有可能會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而越來越趨向于中心化。相對(duì)于PoW而言，PoS機(jī)制下作惡的成本很低，因此對(duì)于分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機(jī)制來保證共識(shí)。穩(wěn)定情況下，每秒大約能產(chǎn)生12筆交易，但因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲及共識(shí)問題，需要約60秒才能完整廣播共識(shí)區(qū)塊。長(zhǎng)期來看，生成區(qū)塊(即清零“幣齡”)的速度遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)傳播和廣播的速度，因此在PoS機(jī)制下需要對(duì)生成區(qū)塊進(jìn)行“限速”，來保證主網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
所以，由比特股首創(chuàng)的權(quán)益代表證明機(jī)制 DPOS(delegated proof of stake)應(yīng)運(yùn)而生。
三、DPOS機(jī)制
DPOS即授權(quán)股權(quán)證明(delegated proof of stake)。
DPoS機(jī)制要求在產(chǎn)生下一個(gè)區(qū)塊之前，必須驗(yàn)證上一個(gè)區(qū)塊已經(jīng)被受信任節(jié)點(diǎn)所簽署。相比于PoS的“全民挖礦”，DPoS則是利用類似“代表大會(huì)”的制度來直接選取可信任節(jié)點(diǎn)，由這些可信任節(jié)點(diǎn)(即見證人)來代替其他持幣人行使權(quán)力，見證人節(jié)點(diǎn)要求長(zhǎng)期在線，從而解決了因?yàn)镻oS簽署區(qū)塊人不是經(jīng)常在線而可能導(dǎo)致的產(chǎn)塊延誤等一系列問題。DPoS機(jī)制通常能達(dá)到萬(wàn)次每秒的交易速度，在網(wǎng)絡(luò)延遲低的情況下可以達(dá)到十萬(wàn)秒級(jí)別，非常適合企業(yè)級(jí)的應(yīng)用。比如：公信寶數(shù)據(jù)交易所對(duì)于數(shù)據(jù)交易頻率要求高，更要求長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此DPoS是非常不錯(cuò)的選擇。
Finchain是一個(gè)專注于金融行業(yè)商業(yè)應(yīng)用的公有區(qū)塊鏈，商業(yè)應(yīng)用需要低成本和高效率，而金融行業(yè)在其基礎(chǔ)之上更需要高穩(wěn)定性和安全性。所以，F(xiàn)inchain也采用經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)過的 DPOS 授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制。
四、POI機(jī)制
POI(Proof of Importance)，即重要性證明。
POI算法提供了一種分布更為均勻的挖礦方法。人們既不需要使用更強(qiáng)勁的機(jī)器，也不需要持有更多的股份來獲取更多的獎(jiǎng)勵(lì)。只需要向整個(gè)經(jīng)濟(jì)體證明自己的重要性來獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。這樣它也無須特殊的挖礦硬件，能運(yùn)行在一個(gè)樹莓派設(shè)備上，因此它省電環(huán)保，有助于解決讓人們頭疼的地球高碳排放帶帶來的溫室變暖問題。很顯然，重要性證明可以解決比特幣生態(tài)中的大量資源浪費(fèi)和挖礦設(shè)備之間的競(jìng)爭(zhēng)問題。除此之外，在重要性證明方案下，有錢并不意味著重要，它更看中的是交易量、活躍度，以及和誰(shuí)做的交易。這些特性可以去除其他所有 POS系統(tǒng)都擁有的弊端，即進(jìn)入讓富者更富這樣的循環(huán)。
重要性證明機(jī)制算法最重要的應(yīng)用是新經(jīng)幣NEM 。一個(gè)NEM用戶的重要
性取決于他擁有多少數(shù)量的貨幣和他的錢包交互數(shù)量。相比而言，其他數(shù)字貨
幣并沒有考慮一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)所有的支持作用。一些工作證明機(jī)制只需要一個(gè)結(jié)點(diǎn)擁有大量的數(shù)字貨幣去形成區(qū)塊，對(duì)于NEM而言，貨幣傳輸?shù)臄?shù)量同樣也是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)支持因素，這會(huì)鼓勵(lì)用戶不僅是持有NEM,而是積極在NEM系統(tǒng)內(nèi)開展交易。因此，在重要性證明幣種中，酬金是以一種精妙且平衡的方式?jīng)Q定并發(fā)送至用戶的。
五、POA 機(jī)制
POA (Proof of Asset),即資產(chǎn)證明。
Digix通過它的資產(chǎn)證明(POA)協(xié)議為實(shí)體資產(chǎn)代幣化和文檔化提供了使用實(shí)例。這是筆者在后面推薦DGX代幣的最重要的原因它誕生于一個(gè)非常有意義的創(chuàng)新項(xiàng)目里。Digix資產(chǎn)證明(POA)認(rèn)證過程在以太坊上記錄和提供一項(xiàng)資產(chǎn)的審計(jì)跟蹤，用以創(chuàng)建POA資產(chǎn)卡。這些資產(chǎn)卡通過來自監(jiān)管鏈參與者(即黃金供應(yīng)商、托管商和審計(jì)商)的連續(xù)數(shù)宇簽名獲得認(rèn)證，數(shù)字簽名進(jìn)一步通過被提供和上傳到IPFS(星際文件系統(tǒng)所永久保存起來的購(gòu)買和存儲(chǔ)收據(jù)證明所確認(rèn)。
六、POB 機(jī)制
POB (Proof of Burn),即燒毀證明。
創(chuàng)建新區(qū)塊的人必須為創(chuàng)建新的貨幣支付費(fèi)用。這些費(fèi)用將按照預(yù)先規(guī)定的比例或者算法轉(zhuǎn)換為新的貨幣。合約幣XCP)就是通過燒毀比特幣而產(chǎn)生。
數(shù)字貨幣算法還有購(gòu)買證明(Proof-of-Purchase)、時(shí)間證明(Proof-of-time)、身份證明(Proof-of-identity)和混合證明(Combining Proofs)等。
夏亮@mar6星評(píng)價(jià)
2020-10-26 10:39:30
區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)是P2P分布式網(wǎng)絡(luò)，加密算法，共識(shí)機(jī)制等。在這些基礎(chǔ)的技術(shù)中，共識(shí)機(jī)制的重要性是不言而喻的。目前主要幾類共識(shí)算法如下：PoW、PoS、DPoS、Ripple Consensus、Pool驗(yàn)證池。
以下將逐一簡(jiǎn)單介紹這些機(jī)制內(nèi)容：
第一：工作量證明
工作量證明(簡(jiǎn)稱PoW)通常只能是結(jié)果證明，檢測(cè)結(jié)果是比較低效且繁瑣的。它依賴機(jī)器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來獲取記賬權(quán)，資源消耗較大,雖然共識(shí)機(jī)制高，但可監(jiān)管性弱，而且每次達(dá)成共識(shí)需要全網(wǎng)共同參與運(yùn)算，性能效率較低，可允許全網(wǎng)50%節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)。
優(yōu)點(diǎn)：完全去中心化，節(jié)點(diǎn)可自由進(jìn)出。
缺點(diǎn)：(1)因BTC已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其他區(qū)塊鏈如果再使用PoW共識(shí)機(jī)制就很難獲得相同的算力來保證安全;
(2)造成大量的資源浪費(fèi);
(3)共識(shí)達(dá)成的周期較長(zhǎng)。
第二：權(quán)益證明
權(quán)益證明(簡(jiǎn)稱PoS)的主要理念是節(jié)點(diǎn)記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益成反比，與 PoW相比，它減少了數(shù)學(xué)運(yùn)算帶來的資源浪費(fèi)，性能也得到相應(yīng)的提升，但依然是基于哈希運(yùn)算，競(jìng)爭(zhēng)獲取記賬權(quán)，可監(jiān)管性較弱。
對(duì)于容錯(cuò)性方面則與PoW相同，它又是PoW的一種升級(jí)。根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占代幣的比例和時(shí)間，等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機(jī)數(shù)的速度。
優(yōu)點(diǎn)：縮短了共識(shí)達(dá)成時(shí)間，不再需要大量消耗電力去挖礦;
缺點(diǎn)：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決應(yīng)用商業(yè)上的痛點(diǎn);所有的確認(rèn)都只是在一個(gè)概率上的表達(dá)，而不是一個(gè)確定性的事情。所以，理論上存在被攻擊的可能。
第三：股份授權(quán)證明
股份授權(quán)證明(DPoS)與PoS的主要區(qū)別在于節(jié)點(diǎn)選舉若干個(gè)代理人，由代理人驗(yàn)證和記賬，但其監(jiān)管、性能、資源消耗和容錯(cuò)性與POS相似。通俗的理解類似于董事會(huì)投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行代理驗(yàn)證和記賬。
整個(gè)投票的模式是：成為代表----授權(quán)投票----保持代表誠(chéng)實(shí)----抵抗攻擊
優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證。
缺點(diǎn)：共識(shí)機(jī)制還是需要代幣而很多商業(yè)是不需要代幣的。
第四：投注共識(shí)
投注共識(shí)是屬于PoS。Casper的共識(shí)是按區(qū)塊達(dá)成的，而不是像PoS那樣按鏈達(dá)成的。它有特殊的懲罰機(jī)制，比如：如果您兩次的投注序號(hào)一樣，或者說您提交了一個(gè)無法讓Casper依照合約處理的投注，您將失去所有的保證金。這是為了驗(yàn)證人在不同的世界中提供不同的投注，從而可以遏制非法節(jié)點(diǎn)惡意攻擊網(wǎng)絡(luò)，讓其得不到交易費(fèi)并沒收保證金，大大提升非法節(jié)點(diǎn)的攻擊風(fēng)險(xiǎn)。
Casper協(xié)議下的驗(yàn)證人需要完成出塊和投注兩個(gè)活動(dòng)，具體如下：出塊是一個(gè)獨(dú)立于其他所有事件而發(fā)生的過程，驗(yàn)證人收集交易，當(dāng)輪到他們出塊的時(shí)間時(shí)，他們就制造一個(gè)區(qū)塊，并簽名后，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。目前驗(yàn)證方式的設(shè)計(jì)還是模仿傳統(tǒng)的拜占庭容錯(cuò)共識(shí)即：取33%處的值，向0或者1進(jìn)一步移動(dòng)。
第五：瑞波共識(shí)機(jī)制
瑞波共識(shí)算法是使一組節(jié)能夠基于特殊節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)。初始特殊節(jié)點(diǎn)列表就像一個(gè)俱樂部，要接納一個(gè)新成員必須由俱樂部51%的會(huì)員投票通過。這51%的成員擁有絕對(duì)的權(quán)力，外部人員沒有權(quán)力，所以，這種機(jī)制更具有中心化的概念。
第六：Pool驗(yàn)證池
基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)以及數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制。
優(yōu)點(diǎn)：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性算法的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證。
缺點(diǎn)：多方參與的中心化商業(yè)模式。
第七：實(shí)用拜占庭容錯(cuò)
在分布式計(jì)算上，不同的計(jì)算機(jī)通過信息交換嘗試達(dá)成共識(shí)，但有時(shí)候會(huì)因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)出錯(cuò)或交換錯(cuò)的信息，導(dǎo)致影響系統(tǒng)的一致性。對(duì)于拜占庭將軍這種問題，通過的解決方法是：計(jì)算機(jī)的總數(shù)>三臺(tái)有問題的計(jì)算機(jī)+1以此方法來得以實(shí)現(xiàn)解決問題的一致性。
講通俗些就是采用“少數(shù)服從多數(shù)”來選舉領(lǐng)導(dǎo)者并進(jìn)行記賬的共識(shí)機(jī)制，該機(jī)制允許拜占庭容錯(cuò)，允許強(qiáng)監(jiān)管節(jié)點(diǎn)參與，具備權(quán)限分級(jí)能力，性能高，耗能低，而且每一輪記賬都會(huì)由全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)共同選舉領(lǐng)導(dǎo)者，允許33%的節(jié)點(diǎn)作惡，容錯(cuò)性為33%。
第八：授權(quán)拜占庭容錯(cuò)
在實(shí)用拜占庭容錯(cuò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下改進(jìn)：
(1)將C/S(客戶機(jī)/服務(wù)器)架構(gòu)的請(qǐng)求響應(yīng)模式改進(jìn)為合適P2P網(wǎng)絡(luò)的對(duì)等節(jié)點(diǎn)模式;
(2)將靜態(tài)的共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)改進(jìn)為可動(dòng)態(tài)進(jìn)入、退出的共識(shí)參與節(jié)點(diǎn);
(3)為共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生設(shè)計(jì)了一套基于持有權(quán)益比例的投票機(jī)制，通過投票決定共識(shí)參與節(jié)點(diǎn)(記賬節(jié)點(diǎn));
(4)在區(qū)塊鏈中引入數(shù)字證書，解決了投票中記賬節(jié)點(diǎn)真實(shí)身份的認(rèn)證問題。
優(yōu)點(diǎn)：專業(yè)化的記賬人;可以容忍出錯(cuò);記賬由多人協(xié)同完成;每一個(gè)區(qū)塊都有最終性，不會(huì)分叉;算法的可靠性有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。
缺點(diǎn)：當(dāng)1/3及以上的記賬人停止工作后，系統(tǒng)將無法提供服務(wù);當(dāng)1/3及以上的記賬人聯(lián)合作惡，且其他所有的記賬人被恰好分割兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，惡意記賬人就可以使系統(tǒng)出現(xiàn)分叉。
總之，授權(quán)拜占庭容錯(cuò)機(jī)制最核心的一點(diǎn)，就是最大限度地確保系統(tǒng)的最終性，使區(qū)塊鏈能夠適用于真正的金融應(yīng)用場(chǎng)景。
九：帕克索斯算法
這是一種傳統(tǒng)的分布式一致性算法，是一種基于選舉領(lǐng)導(dǎo)者的共識(shí)機(jī)制。領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)擁有絕對(duì)權(quán)限，并允許強(qiáng)監(jiān)管節(jié)點(diǎn)參與，其性能高，資源消耗低。所有節(jié)點(diǎn)一般有下線準(zhǔn)入機(jī)制，但選舉過程中不允許有作惡節(jié)點(diǎn)，不具備容錯(cuò)性。
十：WDC混合共識(shí)算法
WDC主鏈采取的是DPoS+PoW混合共識(shí)算法。對(duì)于DPoS的加入，社區(qū)節(jié)點(diǎn)通過抵押以及投票，動(dòng)態(tài)選出每一個(gè)紀(jì)元的前15名作為礦工。對(duì)于PoW，機(jī)制比較簡(jiǎn)單，就是在創(chuàng)世區(qū)塊設(shè)定一個(gè)難度目標(biāo)值，作為難度1，然后每個(gè)挖礦節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)哈希計(jì)算，哈希計(jì)算出來的值小于難度目標(biāo)值就算是獲得了打包權(quán)。