1、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數(shù)字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問題”了。

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結(jié)為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國時期就發(fā)明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個節(jié)點就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統(tǒng)有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數(shù)字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發(fā)的一個“哈希現(xiàn)金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數(shù)，其具體的工作原理實在太專業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結(jié)果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數(shù)；技術(shù)上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結(jié)果，那通過PoW，全網(wǎng)節(jié)點就認可了他所付出的成本，承認新的區(qū)塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或?qū)嶋H用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點來控制網(wǎng)絡。

雖然在2009年時為了構(gòu)建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網(wǎng)絡，沒有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經(jīng)有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權(quán)益證明。

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PoS，權(quán)益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點持有的權(quán)益成反比，也就是說，一個節(jié)點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權(quán)，也就越容易獲取區(qū)塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據(jù)每個節(jié)點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數(shù)的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數(shù)量*擁有天數(shù)。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區(qū)塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達到一定規(guī)模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產(chǎn)生區(qū)塊的優(yōu)先權(quán)，并獲取利息，同時PoW機制由于消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機制，不過正在轉(zhuǎn)向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權(quán)證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

2、科普Pos共識機制

 

今天給大家科普下夸克區(qū)塊鏈中的POS共識機制到底是什么？PoS共識機制，中文翻譯就是權(quán)益證明。與它其名的還有另一種共識機制:pow機制。

經(jīng)過歷史發(fā)展的證明，PoW機制存在一些缺陷，如在挖掘過程中浪費大量的資源，整個網(wǎng)絡的處理效率很低等。早在2011年，就有人曾提出：“是否可以在 PoW的基礎上，重新設計一種機制？”可以保留 PoW的優(yōu)點，也可以解決它的問題"。因此 PoS的共識機制就誕生了，因此， PoS機制在共識層次上借鑒了許多 PoW機制的設計，比如區(qū)塊設計、礦工選擇、分叉處理、交易驗證等。

PoS機制采用權(quán)益法核算，解決了網(wǎng)絡效率低下、資源浪費以及節(jié)點間一致性等問題，簡單地說，就是誰擁有更多的權(quán)益誰來說話。其原則如下：

說到PoW機制為何存在諸多問題，最大的原因在于其規(guī)則下造成礦工準入門檻低，每個人都可以成為一個出塊節(jié)點，每個節(jié)點都可以為獲得下個區(qū)塊的記賬權(quán)進行競爭，一個數(shù)據(jù)包要有那么多人來處理，必然會造成資源的浪費和低效。

而PoS機制就可以有效解決這個問題，這是因為在POS機制的規(guī)則下，提高了每個人成為節(jié)點的門檻，比如：雖然每個人都可以成為節(jié)點，但如果想成為出塊節(jié)點獲得記賬權(quán)，就必須滿足pos機制的一些規(guī)則，如質(zhì)押一定數(shù)量的代幣，或者持有一定數(shù)量的代幣，才可以成為出塊節(jié)點的候選人。

在滿足這些條件之后，系統(tǒng)進行算法選擇，選中其中一部分人成為有效的礦工，然后每隔一個周期，進行重新分配，并且這個過程不受人為控制，一切由系統(tǒng)算法決定，保證公平公開不被篡改，這樣就可以避免了整個鏈被某個節(jié)點控制。

總結(jié)一句話就是PoW機制是每個人都可以成為礦工，而 PoS機制必須通過一系列的篩選后成為礦工。

poS機制的競爭原則在于，誰擁有更多的代幣，誰就能更容易的獲得記賬權(quán)。獲得記賬權(quán)的礦工將他打包好的區(qū)塊經(jīng)過其他礦工驗證，通過全網(wǎng)廣播，確認沒有問題后，這個區(qū)塊才會被連接到鏈上，與全網(wǎng)其他節(jié)點的小賬本同步，同時他還能得到相應的代幣獎勵。

簡言之，整個過程就是：持幣者以代幣作抵押，得到記賬權(quán)力，然后PoS共識會通過選擇算法，按持幣者的數(shù)量，從中選出出塊礦工。采礦者在指定的高度上完成打包交易，生成新的區(qū)塊，并廣播它，然后由驗證者對所廣播的區(qū)塊進行交易驗證，通過驗證后，區(qū)塊得到確認。這就是 PoS共識機制完整的一輪過程。

PoS機制的優(yōu)點是有效地解決 PoW協(xié)議中存在的資源浪費和低效問題。但它也還是存在一些缺點。舉例來說， PoS機制中的初始代幣分配是非常模糊的，如果初始代幣分配失敗，將很難形成后續(xù)的股權(quán)證明。比如，在系統(tǒng)進行算法選擇時如果被黑客攻擊，如果成功，選舉結(jié)果就可能被操作。除開這個問題，pos機制還存在一個問題就是，可能會造成兩極分化嚴重，持有代幣多的人會更多的獲得記賬權(quán)，繼而獲得代幣獎勵，擁有代幣少的人，很難去爭奪記賬權(quán)，造成強者恒強的局面。

總的來說，PoW機制和 PoS機制都是區(qū)塊鏈上引用的主流機制，它們會攜手帶領區(qū)塊鏈技術(shù)的進一步發(fā)展，雖然兩者存在自身的一定局限性，但未來某一天，這些技術(shù)在不斷變革創(chuàng)新的同時，必定鑄造區(qū)塊鏈行業(yè)的輝煌。

3、區(qū)塊鏈共識算法――(二)PoS共識(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數(shù) 字 貨 幣 愛 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權(quán)益證明 PoS 共識算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發(fā)布的點點幣 (Peercoin, PPC) 中首次實現(xiàn). PoS 由 系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點獲得記賬 權(quán), 其中權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點對特定數(shù)量貨幣的所有權(quán), 稱為幣齡或幣天數(shù) (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費資源而提出的，簡單來說就是 誰的權(quán)益大，誰說了算 。

PoS共識機制（Proof of Stake 權(quán)益證明）通過權(quán)益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費、節(jié)點一致性等問題。

各個節(jié)點需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗證節(jié)點（權(quán)益提高），系統(tǒng)通過算法在其中選擇一部分作為出塊節(jié)點（礦工），每隔一段時間重新選擇，算法會保證完全隨機，不可被操控。只有出塊節(jié)點才能進行數(shù)據(jù)處理，爭奪記賬權(quán)。

權(quán)益主要由權(quán)益因子決定，可以是持幣數(shù)量，也可以是幣齡及兩者的結(jié)合。

以太坊在之后很有可能會改用PoS進行共識，其更加符合以太坊高效率的特點。

4、pos機制的起源與設計理念

POS起源

2012年，背景是POW進淪為資本玩家的玩具，算力過于中心化，隨時都有被“51%攻擊”。

開放者Sunny Kind第一次提出了POS（股權(quán)證明）的概念，與POW是完全不一樣的。

POS不用大量的算力來維持網(wǎng)絡安全，只要參與者打開自已的錢包在線增加權(quán)重，獲得相應的獎勵也就是利息。

POS的設計理念

我們應該都知道，比特幣的區(qū)塊產(chǎn)量每四年就會減半，這樣區(qū)塊的產(chǎn)量將會越來越少，礦工就會“曠工”，因為賺到的越來越少。

那么，人數(shù)少了，比特幣就可能被一些高算力的人所掌握，數(shù)字貨幣網(wǎng)絡將會癱瘓。

POS解決方法:并非所有的區(qū)塊都是靠挖礦得來的，只要打開錢包客戶端程序，就能發(fā)現(xiàn)區(qū)塊，也可以得到利息，這樣就會有一個引流的效果。

POS機制可以描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計算機硬件的稀缺性來防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。

女巫攻擊

這個名字是基于1973年的小說《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因為節(jié)點隨時加入和退出等原因，為了維護網(wǎng)絡的穩(wěn)定，同一份數(shù)據(jù)可能備份在很多節(jié)點上，這就是數(shù)據(jù)冗余機制。

若是在網(wǎng)絡上存在惡意節(jié)點，那這一個節(jié)點就具有多重身份。那這個惡意節(jié)點就可能騙到其他節(jié)點備份到他這里。

POW就是根據(jù)計算能力隨機，而POS則根據(jù)擁有財產(chǎn)隨機。POW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機制。

但是POW算法在挖礦過程中因破壞環(huán)境和浪費電力而受到指責。POS試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

PoS的優(yōu)點

不再需要為了安全產(chǎn)生區(qū)塊而大量消耗電能。由于不再需要大量能耗，通過發(fā)行新幣以激勵參與者繼續(xù)參與網(wǎng)絡的壓力會下降。PoS機制下，全網(wǎng)每秒可以處理的交易數(shù)增加，可以提供比PoW機制更好的性能。

POS算法是個資本主義

你擁有的錢越多，得到的權(quán)利也就越大。為什么？

因為你在里面的錢越多你想要維護系統(tǒng)的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢也就只能是竹籃打水一場空。

POS算法

如果我手上有500個代幣，把它放進POS機制，這樣里面的500個代幣就變成了驗證者.假設它在區(qū)塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗證者里面抽取一個隨機的，給他們權(quán)利產(chǎn)生下一個區(qū)塊。

PoS 機制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個模式下，不持有 PoS 的人無法對 PoS 構(gòu)成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素無關(guān)。

PoS機制源于人們對PoW機制的不滿以及改進。早期的PoS機制有各種缺陷，隨著各種項目對PoS機制的不斷改進，PoS正逐漸成為主流的共識機制。

5、什么是共識機制?

共識機制，簡單說就是在一個時間段內(nèi)對事物的前后順序達成共識的一種算法。

在區(qū)塊鏈上，共識機制就像一個國家的法律，維系著區(qū)塊鏈世界的正常運轉(zhuǎn)。在區(qū)塊鏈上，每個人都會有一份記錄鏈上所有交易的賬本，鏈上產(chǎn)生一筆新的交易時，每個人接收到這個信息的時間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時發(fā)布一些錯誤的信息，這時就需要一個人把所有人接收到的信息進行驗證，最后公布最正確的信息。

目前，常用的共識機制有三種：

1、工作量證明機制(Proof of Work - PoW)是我們最熟知的一種共識機制。就如字面的解釋，PoW就是工作越多，收益越大。這里的工作就是猜數(shù)字，誰能最快的猜出這個唯一的數(shù)字，誰就能做信息公示人。

2、權(quán)益證明機制(Proof of Stake-PoS)也屬于一種共識證明，它類似股權(quán)憑證和投票系統(tǒng)，因此也叫“股權(quán)證明算法”。由持有最多（token）的人來公示最終信息。

3、拜占庭共識算法（Practical Byzantine Fault Tolerance- PBFT）也是一種常見的共識證明。它與之前兩種都不相同，PBFT以計算為基礎，也沒有代幣獎勵。由鏈上所有人參與投票，少于（N-1）/3個節(jié)點反對時就獲得公示信息的權(quán)利。

區(qū)塊鏈的共識機制是什么？

什么是共識機制？

所謂“共識機制”，是通過特殊節(jié)點的投票，在很短的時間內(nèi)完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相干的若干個節(jié)點能夠達成共識，我們就可以認為全網(wǎng)對此也能夠達成共識。
區(qū)塊鏈作為一種按時間順序存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可支持不同的共識機制。共識機制是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要組件。區(qū)塊鏈共識機制的目標是使所有的誠實節(jié)點保存一致的區(qū)塊鏈視圖，同時滿足兩個性質(zhì)：
1）一致性。所有誠實節(jié)點保存的區(qū)塊鏈的前綴部分完全相同。
2）有效性。由某誠實節(jié)點發(fā)布的信息終將被其他所有誠實節(jié)點記錄在自己的區(qū)塊鏈中。

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