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共识机制是什么,区块链上的个人如何达成一致?

我们知道,区块链系统本质上是一个所有人共同记账并维护的大系统,那么身处世界各地的人,如何实现共同记账并维护呢,这就必须依靠今天我们

作者: | 2018-09-17 19:39:34 | 来源:51cto

我们知道,区块链系统本质上是一个所有人共同记账并维护的大系统,那么身处世界各地的人,如何实现共同记账并维护呢,这就必须依靠今天我们要提到的共识机制。共识机制,顾名思义,就是整个网络里共同参与的个人(节点),采用何种方式达成一致的机制。截至目前,针对主流数字货币使用的共识机制的争论,主要集中在工作量证明(POW,Proof of Work),权益证明(POS,Proof of Stake)和股份授权证明(DPOS,Delegated Proof of Stake)三种,我们会用今天的篇幅,客观的比较三种机制的优劣,帮助大家自行做出判断。

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工作量证明

使用POW机制的加密货币,最具代表性的就是比特币,我们之前也说过,作为世界上最成功,共识度最广的数字加密货币,比特币的全网参与者通过利用自身的计算能力计算一道数学难题(SHA-256),竞争比特币一段时间内交易的记账权利,算力高,计算速度快的人,有更大概率先计算出来,先记账并获得记账奖励,赢得一笔新发行的比特币,然后剩下的人,会检验它计算出的时间和结果,直至全网的参与者都验证后,才算达成一致。

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优点:

1.安全,由于矿工们都是花钱购置矿机参与挖矿,矿机的花费是实打实的沉没成本,所以集中作恶(比如集体记假账欺骗全网等)的可能性较低,比特币经历近10年时间从未出现任何错漏或是被攻击,已经足以证明POW算法最为优越的安全性,其他诸如POS,DPOS等机制都是近几年才兴起的新共识机制,并未经过时间检验,即便短期内并未出现大的问题或是漏洞,仍无法断言在以后一定不会出现重大安全问题。

2.优质项目易吸引早期矿工,由于早期参与者更容易获取较大奖励,且不需要专门的矿机,矿工们往往更倾向于参与这种早期的优质POW项目,如果项目发展良好,能够获得较高额的收益。这一优点是仅针对今天而言的,因为比特币POW的成功,显卡矿工们四处寻找优质项目挖矿,无形中为早期项目贡献了一份力量,但比特币问世时,上述两个优点其实都不存在,因此这一共识机制其实是个经历的时间越久越安全,也越有魅力的机制。

缺点:

1.资源浪费,由于计算能力的竞争导致参与者们不断升级硬件(显卡)以获得更大的计算能力,甚至生产专门用来计算SHA-256或是其他数学难题的机器(矿机),这些机器的生产和运行造成巨大的人力、电力资源浪费,只为了计算一道毫无意义的加密数学题,这也是比特币最为人所诟病的一点。

2.升级困难,由于整个计算和竞争的过程全部写在各式各样的矿机当中,任何针对原有共识机制的升级都很难在短时间内通知并实现所有参与人的变更,且由于参与者个人意愿的不同,很难实现整个机制和系统的平滑升级,造成分叉和安全性下降几乎很难避免的。

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权益证明

为了改进POW资源浪费和升级困难的缺陷,POS机制应运而生,这一机制简单来说就是将挖矿的全过程搬到线上,模拟一种虚拟挖矿的过程,怎么理解呢?

挖矿需要购买矿机获得算力,矿机越多算力越大,收益也越多,由于矿机沉没成本的存在,这些人就成为了比特币的利益相关者。而我们如果想虚拟化这一构成,应该怎么做呢?我们可以把购买矿机,替换成购买一部分的数字货币,这样持币人也同样可以变成利益相关者,同时持币量越多的人,获得的后续收益也越大,以此来模拟挖矿的过程就可以了。这里涉及到一个币天的概念,即是说,每持有一个币过了一天,就为这个币增加一个币天,等够了365个币天,可以获得一定比例的增发奖励,比如5%,8%等。

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也就是说,最简单的可以理解为,当我们开着电脑,使用某种POS币种的钱包时,能够获得年化8%左右的新币增长,直至发行达到上限。

优点:

1.无资源浪费,没有矿机,获得大收益的方式是成为更大的利益相关者。

2.升级相对容易,都通过电脑在软件和线上进行,不涉及硬件的运算重写。

缺点:

1.安全性无法完全确定,部分持币人可能是使用其他数字货币与POS币种交换而来,不存在实质上的沉没成本,作恶成本相对较低,且机制未经时间检验,无法短期内确定安全性。

2.通货膨胀和财富集中现象更为明显,由于有增发机制,在货币全部发行完毕之前每年均存在通货膨胀的情况,财富也会趋于集中化。

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权益委托证明

一种改进易用性的共识思路,持币人投票选出固定数量且较为分散的特殊节点参与记账,相互验证,特殊节点通常是持币量较大的强利益相关人,作恶可能性较小,同时记账奖励发放至这些特殊节点用于节点的运营,让持币数等同于投票权,一旦特殊节点作恶,持币人有权票选新的节点继续记账。

优点:

1.易用性最优,特殊节点数量不多,验证效率高,使用人体验好。

2.特殊节点往往是持币量巨大的利益强相关团体或个人,具备更高的社会影响力,随着币价的上涨,记账奖励将为特殊节点带来巨大的收益,因此特殊节点的宣传意愿较上述机制最为强烈。

缺点:

1.安全性较弱,验证节点过少,通过牺牲安全性交换更良好的易用性,本质上已经不能算是去中心化的记账方式了,特殊节点的实质可能只是分布在世界各地的寥寥几台服务器而已,安全隐患较大。

2.特殊节点权利过大,也很难做到完全匿名,集体作恶或者集体受胁迫作恶的可能性无法排除。

3.个人投票意愿弱,且由于特殊节点本身也是持币量巨大的权益人,通过票选的方式想变更节点必然是利益集团的博弈,社区分裂的可能性较高。

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综上所述,针对主流共识机制的争论,尽管圈内对这些机制的孰优孰劣尚无定论,共识机制也并不只有上述三种,但本着安全易用的原则与资源节约的思路,我们更倾向于优化和改进POS机制中存在的种种问题,而且我们已经看到很多优秀的解决方案应运而生,它们有些已经实践,有些则仍在研究,但不论如何,这些不起眼的想法终有改变世界的一天,希望这一天能早些到来才好。