POS:共識決定成敗？一文讀懂區塊鏈共識機制

區塊鏈已成為現代的流行詞，區塊鏈技術也是目前最火熱的，不論是企業還是個人都紛紛加入區塊鏈行業這個大部隊。

區塊鏈是在互聯網的基礎上進一步的發展，是互聯網社會的進一步升級，然而，往往一個新事物的出現總是會伴隨著很多的質疑、研究與探討。

那么，區塊鏈是如何發展起來的？現在又是什么樣的呢？小編帶大家一起梳理一下。

一、熱門的區塊鏈

知道區塊鏈的應該對中本聰這個名字不陌生，雖然目前還不知道他或他們到底是誰，但是這個名字可以說已經成為了區塊鏈的一個標志。因為“區塊鏈”來源于2008年中本聰發表的一篇題為《Bitcoin:一種點對點的電子現金系統》的文章。

在這篇文章中中本聰對于加密技術、時間戳技術、區塊鏈網絡架構等進行了詳細的闡述，并在文章發表的兩個月后誕生了Bitcoin第一個序列為0的創始區塊，相隔6天后，序列為1的區塊出現了，并與序號為0的創始區塊相連接形成了鏈，自此，區塊鏈也就誕生了。

二、Bitcoin的出現

Bitcoin是一個基于區塊鏈技術的分布式全球記賬網絡，所有參與到網絡中的節點都是一個記賬節點。這些記賬節點的單位被稱為區塊，在每個區塊中記錄了每筆交易的相關信息，例如買賣雙方、時間和日期、總價值等。所有的交易條目按時間順序連接，就形成了區塊的數字鏈。

就目前來看，Bitcoin是一種底層的基礎設施，簡單的作為一種加密領域的數字資產。但是從其發展的路徑來看，Bitcoin從最開始的點對點支付功能，演變成為了現在堪比黃金的價值存儲功能。

Ripple Labs與美國SEC達成共識，向法院提交部分編輯過的文件:4月1日，Ripple Labs與SEC律師會面，討論了Ripple要求不公開其文件的請求，之后，Ripple Labs獲準部分修改其包含私人商業信息的文件，并就此與SEC達成了協議。Ripple已開始將部分編輯過的文件提交法院。律師James K. Filan已發布了Ripple Labs向治安法官Sarah Netburn提交的兩份文件的篩選副本，這些文件在4月1日Ripple與SEC進行討論后已被編輯。迄今為止，已就四份文件中的兩份達成共識。SEC建議他們對這兩份文件進行修訂，以便Ripple不想公開的機密數據保持機密。（U.Today）[2021/4/3 19:43:27]

三、智能合約的誕生

2013年，被稱作是“V神”的Vitalik Buterin ，創造了以太坊，同時發布了白皮書。在該白皮書中，V神詳細介紹了智能合約——支持分布式的應用程序開發。

在以太坊網絡中，所有人都能夠在智能合約的基礎上創建區塊鏈網絡中的DAPP，并且在所有DAPP上都遵守相同的規則，該規則被編碼到網絡中，開發人員能夠在 DAPP 中執行自己的規則。

現在，整個區塊鏈領域大大小小的各類項目非常多，從底層設施的公鏈到各種DAPP的開發，從熱門的DeFi賽道到分布式存儲賽道，從爆發的NFT到元宇宙，區塊鏈正逐漸形成龐大的生態系統。

四、區塊鏈共識機制

不論是Bitcoin還是以太坊，或者是其他區塊鏈網絡的發展，都是有其自身的共識算法。在區塊鏈這樣的分布式網絡中，所有的節點都是獨立的、平等的，沒有一個中心點來控制其他的節點。

Cardano創始人：若V神應用Snow-Stake的PoS共識，將極大加快以太坊2.0開發:Cardano (ADA)的創始人Charles Hoskinson日前在接受采訪時討論了一項潛在的早期收購，可能會給以太坊帶來巨大的變化。根據Hoskinson的說法，如果V神應用了康奈爾大學教授Elaine Shi開發的Snow-Stake的股權證明(PoS)共識，將會極大地加快以太坊2.0的開發。Elaine Shi在 2016年與人合著了一篇關于《Snow White的PoS共識》(Snow White PoS consensus)的論文，該論文“為一個真正去中心化、開放參與的網絡提供了第一個正式的端到端的利害關系證明系統”。節點可以在任何時候連接，甚至在創建系統之后也是如此。Hoskinson認為，這將解決“有限的學術嚴謹性”，他說這在以太坊的發展中很普遍。但Hoskinson表示，V神本可以讓對這個問題有濃厚興趣的頂級科學家為他創建一個漂亮的一致算法，讓他可以自由地專注于開發業務和技術的其他部分。然而，Hoskinson說V神有其他的想法。Hoskinson得出結論，在堅實的基礎上進行改進，而不是從頭開始開發新的東西，可以節省以太坊大量的時間和精力，并避免困擾項目的長期延遲。（Cointelegraph）[2020/4/21]

那么如何保證在這個網絡中的公平和自動運作呢？結合實踐來看，最主要的一點就是因為共識機制。在一個公平、透明的網絡中，所有網絡中的參與者都達成了一個共識，認可所在網絡的運行機制，并且能夠主動為其作出貢獻。

當然，作出貢獻了也會有一定的獎勵，這也就是我們常說的區塊獎勵。一般來說，伴隨著共識機制而發展的就是這個網絡的經濟激勵機制。

動態 | 比特黃金再次遭遇 51% 雙花攻擊，官方將于本季度發布新共識算法以應對這類攻擊:比特幣的分叉項目比特黃金（Bitcoin Gold）宣布遭遇雙花攻擊，據官方披露，上周 BTG 遭遇兩次 51% 算力攻擊，兩筆對交易所的充值交易均被撤銷，涉及約 1900 個 BTG 和 5267 個 BTG，接近 9 萬美元，但是目前并不知道交易所在該攻擊中是否存在損失。通過分析算力數據，比特黃金官方認為攻擊者使用的算力來自于算力市場 NichHash。比特黃金目前已經聯系交易所，將提供安全上的幫助。另外，比特黃金表示自去年就在研發新型的抗 51% 攻擊的去中心化共識算法，并計劃在今年一季度發布。比特黃金曾在 2018 年就遭遇過 51% 攻擊，一名惡意礦工獲得了比特黃金網絡 51% 的算力，竊取超過 38 萬個 BTG，價值約 1860 萬美元。[2020/1/28]

將共識與經濟激勵機制相結合，就會有更多人參與其中，用戶和開發者組成的社區逐漸發展，最后會在這個網絡上形成一個龐大的生態。

那么什么是共識，共識機制又是如何運行的呢？

舉個簡單的例子，在金庸先生的小說中，各大武林高手匯集，一般來說，武林高手都是實力派，誰也不服誰。

那江湖誰來治理？誰說了算呢？畢竟大家都是有底子的，那就簡單粗暴一點，一輪一輪打，誰打贏了誰就是公認的武林盟主，大家都聽從這個最強大的人。誰能夠在擂臺上接受眾人的挑戰，并且戰勝到最后，誰就說了算，大家都認可這種形式，這就形成了一種共識，打擂臺這種方式就是產生共識的共識機制。

聲音 | ISO/TC 307主席：可通過共識制定區塊鏈相關技術標準:在今日舉行的“2018第四屆區塊鏈全球峰會”上，分布式記賬技術國際標準化技術委員會(ISO/TC307)主席Craig Dunn表示，標準是為了鼓勵創新，降低創新成本。國際標準實際上是由國際共識來決定的，有50多個國家參與到區塊鏈標準的制定，包括中國。一般而言市場共識的方法可能不一定很公平，也不一定是最佳制定方式，但可以通過共識的方法來制定區塊鏈相關技術標準。[2018/9/11]

圖片來源于網絡

同樣的，在分布式網絡的區塊鏈中，各個節點如何就交易數據、貢獻和獎勵方面達成一致性呢？這就需要用到區塊鏈中所說的共識機制了。

不同的網絡會選擇各自的一套共識機制來使得該網絡中的所有節點之間形成普遍認可。總的來說，在區塊鏈中，共識就是大家都認可并且愿意自覺遵守的一種規則。

接下來，小編為大家介紹幾種應用廣泛的共識機制：POW（工作量證明機制）、POS（權益證明機制）、POC（容量證明機制）、POA（權威證明機制）、CPOC（有條件的容量證明機制）

1、POW（工作量證明機制）

POW是第一個區塊鏈共識算法，自2009年以來，伴隨著Bitcoin的產生而出現。簡單來說，POW共識算法就是確認網絡參與者的工作量，并給予一定的獎勵。

在POW共識算法中，要求發起者進行一定量的運算，也就意味著需要消耗一定量的運算時間。在該算法的運行方式中，網絡參與者在區塊鏈中添加一筆交易時，必須先解決某種復雜的計算問題。

這種方法可以確保網絡參與者花費了一定的時間和資金來完成工作，這表明了他們不會損害區塊鏈的系統，因為對系統的損害會損失他們自身的利益。

比特幣共識大會實況匯總:在Coindesk 2018共識會議上，Distributed Lab的創始人Pavel Kravchenko表示區塊鏈無法驗證任何數據，不允許即時交易、不可變、不加密、不能替代服務器。Pavel認為，目前加密貨幣的營銷方式是非常危險的，“必須在其他人富起來之前現在立刻購買比特幣”的宣傳方式是錯誤的方式。

SEC執法部網絡部門負責人Robert A. 表示：“SEC鼓勵籌集資金的不同方式，我們不監管技術，而是管理金融行業和市場。”Cohen還表示，主要問題在于加密貨幣或人們擁有的任何資產是否是證券，SEC已經給出了相關指導。

保險巨頭MetLife Asia在Coindesk 2018共識會議上發布了InsureChain，該產品使用智能合約為患者自動付款，目前正在試驗選定的商業合作伙伴。該項目的測試將首先提供給新加坡300名即將成為母親的女士，以驗證付款是如何通過分布式系統完成。在此之后該項目才會推出。[2018/5/16]

比如Bitcoin和以太坊都是采用POW的共識算法，目前是共識最為強大的兩大區塊鏈網絡。POW的優點是一種最安全的共識算法，能夠有效防止51攻擊，自2009年面世以來，得到了廣泛的認可。缺點是耗能較大，且吞吐速度較慢。

圖片來源：https://blockchain.coinmarketcap.com/zh/chain/bitcoin

2、POS（權益證明機制）

POS也被成為股權證明，類似于銀行存款。這種共識算法下，會根據網絡參與者所持有的數字資產和持有的時長分派相對應的獎勵，也就是類似于銀行給存款發放的利息。

POS的出現實際上是為解決POW存在的耗能大的問題，所以它沒有使用計算的功能，網絡參與者不需要耗費巨大的能量，而是必須具有代表這個網絡的數字資產。

網絡參與者擁有的該數字資產越多且持有的時間越長，證明參與者對該網絡的貢獻越多，也就越值得信賴，在該網絡中參與者獲得下一個區塊獎勵的概率就越大。

例如以太坊正在從POW轉向POS共識算法。在以太坊網絡的POS共識算法中，用戶需要質押 32 ETH（以太坊的數字資產） 才能成為驗證者。驗證者被隨機選擇來創建區塊，并負責檢查和確認他們沒有創建的區塊，用戶所質押的ETH也能夠獲得一定的質押獎勵。

POS的優點在于攻擊成本高、節能、可擴展性大，且只要是有該網絡的數字資產就能參與該網絡，所以不易受規模經濟的影響。缺點是一旦遭受完整的攻擊，則整個網絡就會失去價值。

圖片來源：https://ethereum.org/en/

3、POA（權威證明機制）

POA不是獨立的共識算法，而一種結合了POW和POS的共識算法。在POA共識算法中，每個活躍節點首先按照POW的機制，需要不斷進行哈希計算，當節點計算出正確的哈希值并經過成功驗證以后，則會將該區塊作為數據源，導出N個隨機的股權所有者。這些被選出來的股權所有者，就是被首先認可的賬戶，稱之為驗證人節點。

驗證人節點必須要先對自身的身份進行認證，這里需要使用被廣泛認可的并且存在于公共公證數據庫中的身份，這是一個強制性過程。

同時，POA算法要求所有的驗證人節點全部在線，任意一個驗證人節點不在線，則會使得生成的新區塊無法獲得驗證，從而導致新區塊被丟棄。

POA共識算法會周期性的統計被丟棄區塊的數量，并根據該數量來調整驗證人節點的數量，若丟棄區塊的數量較多，則減少驗證人節點數量，反之，則會增加驗證人節點。

例如公鏈賽道中的VeChain，由該項目基金會指定“權威主節點”，來維護VeChain網絡的運行，每個節點運營商在任何給定時間必須持有至少 25,000,000 個 VET。

目前所對應的權威機構由101個VeChain“雷霆之源”超級節點組成，權威主節點是唯一被授權在VeChain雷神區塊鏈上打包區塊的節點，他們將獲得每個區塊交易費用的 30% 的獎勵。

POA共識算法的優點是可以防止具有強大算力但僅持有少量股權的攻擊者，其中POS部分使得這些攻擊者得到出塊的可能性是非常小的，因此無法進行有效攻擊。而驗證人節點依靠資產獲利，這會使得驗證人長期持有該資產，有利于該數字資產的保值和減少波動。POA的缺點是略微中心化，通常不能保證抗審查力。

圖片來源：https://www.vechain.org/

4、POC（容量證明機制）

POC也被成為空間證明，該算法類似于POW，只不過是用空間代替了CPU進行計算。

在POC共識算法中，網絡參與者利用計算機的硬盤空間，來存儲提前運算好的哈希值。硬盤容量越大，儲存在硬盤里的哈希值就越多，在區塊網絡中就越容易匹配到所需的哈希值，從而獲得更多的區塊獎勵。

POC共識算法要求提前計算好哈希值并存儲在硬盤中，所以網絡參與者并不需要進行實時計算，只需要在硬盤中進行掃盤，以此來找到與區塊所匹配的哈希值就能生成新的區塊，也就是說，相比于POW而言，POC共識算法能夠省去大量的計算時間和耗費的能量。

例如分布式存儲賽道的Chia，在Chia剛出來的時候其“綠色BTC”、低門檻等特色吸引了一大波區塊鏈領域人士紛紛入場。

通過不斷地掃描硬盤中與區塊匹配的哈希值，來獲得區塊獎勵。目前Chia全網的容量已經高達32.16EiB（數據截止到11月1日），是當前全網容量最大的一個分布式存儲類項目。

POC共識算法的優勢在于節能環保、參與門檻低，只要有硬盤就能參與到該網絡中。缺點在于，POC的廣泛采用可能會引發生產更高容量硬盤的競賽，增加個人參與門檻和被攻擊的風險。

圖片來源：https://xchscan.com/

5、CPOC（有條件的容量證明機制）

CPOC是在POC共識算法上進行升級的一種共識算法，增加了POS共識機制。在CPOC共識算法中，網絡參與者也是利用硬盤空間來存儲哈希值，從而參與區塊獎勵的競爭。與此同時，網絡參與者還能夠用自己持有的數字資產進行質押，以此來獲得更多的區塊獎勵。

在CPOC共識算法中，實現了真正的低門檻參與。其一，CPOC是用硬盤來參與該網絡，網絡中的節點成本低，利用閑置的硬盤也能參與其中；其二，持有該網絡中的數字資產也能夠參與其中并獲得獎勵，且通常來說，質押數字資產越多的網絡參與者獲得的區塊獎勵也就越多。

例如以Bitcoin底層代碼為基礎，進一步添加智能合約，開發應用程序并發展其生態系統的“BTC3.0”--分布式搜索引擎QitChain，最終目標是成為有效信息聚合器，其內在經濟機制中采用了CPOC的共識算法。有硬盤或者有該數字資產的個人或機構均可以參與到該網絡中，網絡參與者能夠利用硬盤中填充的哈希值來獲得一定的區塊獎勵，并且還能夠通過質押其數字資產可以提高區塊獎勵數量，質押最多的前十大節點可以獲得更多的獎勵。

圖片來源：https://www.qitchain.org/

CPOC共識算法的優點在于耗能低、綠色環保；在POS的機制下，該網絡中的數字資產能夠獲得有效需求，支撐該網絡的內部循環。缺點在于CPOC共識算法是一種創新的共識機制，需要不斷發展其應用才能獲得更強大的共識。

五、成敗在于共識

除以上所提到的5種共識機制以外，還有DPOW（延時工作量證明機制）、DPOS（授權股權證明機制）、PBFT（實用拜占庭容錯機制）、DBFT（授權拜占庭容錯算法）、POB（燒毀證明機制）等等共識算法，這些基本上都是在為了在區塊鏈網絡中形成更強大、被更多人所認可的共識。

一次又一次的創新都是在豐富整個區塊鏈領域，每一種共識算法都各有千秋。總的來說，只要是能夠獲得大家認可，并參與其中，用貢獻來換取獎勵，真正實現生態循環發展，就是成功的共識。

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