区块链10种常见共识机制介绍

在蜂巢学院公开课第二节课中，导师郝宇坤（万向区块链新链空间负责人）以通俗易懂的例子讲解了理解区块链必须掌握的10个核心关键词，其中之一是"共识"。 在课堂上，讲师解释了什么是共识，并提到了PoW、PoS、DPoS是公链中常见的共识算法。

在区块链共识机制的江湖上，除了PoW、PoS、DPoS“三才”之外，还隐藏着几个小弟。 虽然名气不大，但也有公链在用。 本文将简要介绍10种共识机制，让大家更深入地了解区块链共识。

首先，让我们回顾一下什么是共识。

什么是共识

例如，你约了一群人一起玩游戏。 在进行游戏之前，必须制定游戏规则，规定输赢奖惩。 游戏规则需要所有参与游戏的人共同商定和达成，才能保证整个游戏的公平性，让每一位参与者都能玩得开心。 这个游戏规则是一个“共识协议”。

在区块链中，共识也是一个决策过程，其目标是确保所有参与者在添加新区块后就其当前状态达成一致。 换句话说，共识协议确保了一条链的正确性，并为参与者的贡献提供了激励。 共识协议对于区块链来说非常重要，它可以防止一个人控制整个系统，并确保每个人都遵守网络规则。 以比特币区块链为例。 尽管中本聪创建了比特币区块链，但 TA 对该链没有所有权。 比特币区块链是完全透明和公开的，网络中的每个节点都是平等的。

总之，协议是一组规则，有助于：

· 确保在线交易的可行性；

· 消除双重损坏的可能性；

· 确保参与者不作弊。

区块链协议还包括：

· 确定性逻辑规则；

· 使用加密技术和密码学作为安全基础；

· 使网络协议得以延续的激励措施。

目前业界存在多种区块链协议，其中PoW（Proof of Work）和PoS（Proof of Stake）是最早的协议，通常也是其他共识协议的雏形。 让我们来看看每种方法的优缺点。

工作量证明 (PoW)

工作原理：很难找到解决方案，但很容易检查结果的正确性。

使用范围：公链

用例：比特币、以太币、莱特币。

要添加一个新区块，参与者必须证明 TA 做了多少工作。 更准确地说，需要证明TA解决了一个非常困难的任务，即找到一个满足一定规则的哈希值。 第一个找到正确哈希值的人有机会向链中添加一个新块。

因此，参与 PoW 意味着需要大量的计算资源成本，例如电力、CPU 等。虽然点对点可扩展性不错，但 PoW 处理交易的效率低下。 另一个问题是，参与者的动机通常是为了致富，而不是维护“正义”。 随着时间的推移降低挖矿费用和佣金会极大地影响网络安全。

PoW 的优点是可以保证两个互不信任的参与者在一个网络中工作。 任何人都可以在没有任何许可的情况下加入网络。 尽管点对点可扩展性很高，但交易率仍然很低。

权益证明 (PoS)

工作原理：网络信任验证者，验证者以自己的资源作为出块能力的保证。 抵押的资源越大，网络允许该验证者创建区块的可能性就越高。

使用范围：公共/私人区块链。

用例：Cosmos、Tezos、以太坊也准备从 PoW 转移到 PoS。

PoS 的技术特点是没有复杂和不必要的计算。 网络参与者不是与其他人竞争，而是抵押他们的资源，例如在以太坊区块链中抵押以太币，并等待他们被选中创建一个新区块。

参与者非常重视网络安全比特币采用的共识机制，因为他们将网络中的TOKEN掌握在自己手中。 系统根据参与者拥有的“权益”来选择验证者。 如果参与者拥有 5% 的股份，则网络中 5% 的交易将得到验证。 PoS 的想法是，验证者持有的“股份”百分比越高，TA 对操纵验证者的兴趣就越小。

与 PoW 算法一样，PoS 中交易的完成是有概率的。 虽然 PoS 的交易速度相对于 PoW 来说是比较快的，但是仍然需要 TOKEN。 有人指出，拥有大量权益的验证者将有更高的概率被选中，从而导致“富者愈富”。

委托权益证明 (DPoS)

它的工作原理：参与者将新块的生产委托给一个小的民选验证者。 竞争激烈，但回报丰厚。

使用范围：公共/私人区块链。

用例：Eos、比特股

DPoS 通过减少验证器的数量来提高交易速度以及创建区块的速度。 验证者由 TOKEN 持有者通过投票选出，新区块由验证者而非 TOKEN 持有者创建。 每张选票的权重由投票人的资产总和决定。 选民可以随时投票给验证者。 这决定了网络的高度灵活性，如果大多数验证者失败或出现问题，那么社区将立即投票选出新的验证者来取代他们。

每个新块的生成需要 1-2 秒。 与 PoS 相比，DPoS 更快、更公平，因为委托的验证者将与投票给他们的人分享奖励。

活动证明（PoA）

工作原理：PoW 和 PoS 的混合。

使用范围：公共区块链。

用例：Decred。

活动证明 (PoA) 结合了 PoW 和 PoS 协议，这意味着参与者可以挖掘或抵押股份来验证区块。 因此，PoA 协议在矿工和普通网络成员之间提供了一种平衡。

位置证明 (PoL)

工作原理：信标用于查看哪些节点同步，然后用临时标志标记它们的存在。

使用范围：公共区块链。

用例：泡沫、铂。

位置证明 (PoL) 允许用户保护特定的 GPS 位置，从而在网络上进行身份验证。 该区块链协议依赖于 BFT 信标，它在区块链中记录地理位置和时间戳，防止系统中断和欺诈。

重要性证明 (PoI)

工作原理：与 PoS 类似，但附加了影响排名的条件。

使用范围：公共区块链。

用例：NEM。

该算法类似于PoS，但由三部分组成：账户中TOKEN的数量； 账户活动； 以及帐户持有人在网络上花费的时间。

第一个参数在验证交易评级方面起着至关重要的作用； 第二个和第三个参数只是帮助建立账户的“价值”。 TOKEN 数量越少，其他参数的影响越大。

因此，一个拥有数十万TOKEN的账户，由于其活跃度和在线时间，可以将重要因子提高近3倍。 反之，如果拥有数亿TOKEN的人不够活跃，上网时间不够，那么他们的重要性就会下降。

经过时间证明 (PoET)

工作原理：块是在受信任的环境中同时创建的。

使用范围：私有/联盟链。

用例：英特尔。

英特尔开发了自己的区块链协议 IntelLedger。

该系统类似于工作量证明，但使用更少的电力。 该算法不是由参与者解决密码难题，而是在受信任的执行环境中工作，例如 Intel Software Guard Extensions (SGX)。 PoET 协议保证这些区块是随机生成的，不受其他因素的干扰。

权威证明（PoA）

工作原理：适用于银行和保险公司的半集中式区块链协议。

使用范围：联盟链/私有链。

用例：Kovan、Rinkeby、Giveth、Tomochain、Rublix、Swarm City、Colony、Go-Chain。

与 PoS 和 DPoS 类似，在 POA 中，验证节点保护区块链并生成新块。 区块链上的新块仅在验证器达到最大值时创建。 区块链上的新区块仅在验证节点达到最大值时才会创建。

通过预选验证器，权威证明并没有那么去中心化。 因此，这种共识协议更适合私人或联盟链，例如银行和保险公司。 所有验证者的身份都是公开的，可以由任何第三方验证。 因此，验证者的行为是为了最大化网络的利益。

容量证明 (PoC) 或空间证明 (PoS)

工作原理：矿工可以执行的工作量取决于其上可用的磁盘空间量。

使用范围：公共区块链。

用例：Burstcoin、比特币矿石。

PoC 类似于 PoW，但两者之间存在显着差异。 在 PoC 中，不需要做很多工作来验证每个块。 这项工作是在“绘图”过程中提前完成的。 此过程的结果用于每个块稍后进行验证。 绘图是生成称为“绘图文件”的特殊文件的过程，该文件存储大量预先计算的哈希值。 最短的解决方案被授予开采下一个区块的权利。 PoC具有高效、低成本、分布式等优点。

概念验证 (PoC)

PoC 可用于任何领域，包括投票跟踪、记录存储、法律文件等。PoC 可以是没有任何支持代码的原型，也可以是具有基本功能集的最小可行产品 (MVP)。 PoC 是组织内用于更好地理解特定项目的模型。

共识协议是区块链不可分割的一部分。 它们有助于实现公平性，并避免在一个或一些参与者节点出现故障时出现系统故障。 其次，它也有助于不信任的参与者在去中心化的环境中达成“共识”。

以上只是简单介绍了一些共识协议，还有很多协议没有涉及，比如Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), Proof-of-Brain (PoB), Proof-of-Physical-Address (PoPA), Proof-of -Bank-Account（PoBA）等 在蜂巢学院公开课第三课中，将详细介绍比特币共识协议（PoW）。 导师吴伟龙（趣派科技CTO）是行业早期参与者，也是第一批区块链开发者。 他将结合自己多年的行业经验比特币采用的共识机制，通俗易懂地讲解比特币的起源、发展和治理。 各种知识让大家离区块链又近了一步。