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【九日笔记】除了POW、POS,你还知道哪几种共识机制?

2018-04-09 22:20:00 阅读量:

全文摘要:

参考资料:[区块链]共识算法(POW,POS,DPOS,PBFT)介绍和心得区块链共识机制概要扫描区块链共识机制浅谈[干货]区块链的几大共识机制及优缺点【九日早参】是每天早晨6:20发布在币乎的咨询点评专栏,已更新24期 ... 前几天做九日早参第22期的过程中,遇到一条关于POS共识机制的新闻:康奈尔大学教授:一年半内区块链PoS协议将达成共识 ... 因此,为了对一定时间内发生的多个事务的先后次序达成共识,确保每一个节点都有全网公认的唯一全局账本,一种达成共识的算法是必须的,这就是共识机制 ...


前几天做九日早参第22期的过程中,遇到一条关于POS共识机制的新闻:

康奈尔大学教授:一年半内区块链PoS协议将达成共识。

康奈尔大学计算机学教授EminGün Sirer表示,现有的一些区块链协议还很复杂,即使在他致力研究的区块链基础设施领域的,也感觉不够安全。未来大概一年半时间,我们将会看到PoS(权益证明)协议开始真正成型。

虽然点评中简单提到现有常见的共识机制POW、POS、DPOS、PBFT等,但发现自己并不能很透彻的理解全部。于是决定认真学习一下现有的常见共识机制,并且写一篇文章专门介绍,和大家交流学习。

一、共识机制是什么

我们都知道,区块链技术是一种去中心化的分布式记账技术,和传统的中心化记账相比,它具有完全公开、不可篡改、防止多重支付等优点;但也正是由于其分布式的特点,也导致它面临着一些风险,比如网络延迟、传输错误、软件错误、安全漏洞、黑客入侵等。

因此,为了对一定时间内发生的多个事务的先后次序达成共识,确保每一个节点都有全网公认的唯一全局账本,一种达成共识的算法是必须的,这就是共识机制。

二、共识机制的种类

基于区块链的共识机制有很多种,没有任何一种是完美无缺的,每一种共识机制都有其适用场景和针对性。

到目前为止,常见的共识机制大概有这么几种:POW、POS、DPOS、PBFT等等,对各种共识机制的具体内容、优缺点做个简单总结。

1.POW

POW,Proof of Work,工作量证明机制。

顾名思义,通过工作量进行证明。系统中的每个节点为系统提供计算能力,即算力。各节点对一个复杂的数学问题进行计算,最先正确计算出复杂数学问题的节点可以获得记账权打包区块,同时还可能获得系统奖励。

算力越高的节点,越快计算出结果的概率越大。

POW的优点是完全去中心化,节点自由进出,破坏系统成本很高。也有一些明显的缺点,比如浪费能源,区块确认时间很难缩短,容易分叉,需等待多个确认等。

主要应用有比特币BTC,莱特币LTC,比特币现金BCH等。

2.POS

POS,Proof of Stake,股权证明机制。

POS不再根据工作量来分配记账权,而是依据股东持有的“股票”,即数字货币的量和时间。这里引入了一个新的概念:币龄。假设你持有10枚数字货币10天,那币龄就是100币天。一个账户的余额越多,币龄越高,获得下一区块记账权的概率越大。

相比于POW,POS不会浪费大量资源,达成共识时间短,攻击成本很高。

以太坊团队将项目发布分成了四个阶段,即 Frontier(前沿)、Homestead(家园)、Metropolis(大都会)和 Serenity(宁静),在前三个阶段以太坊共识算法采用工作量证明机制(PoW),在第四阶段会切换到权益证明机制(PoS)。

代表项目:量子链Qtum。

3.DPOS

DPOS,Delegated Proof of Stake,委任权益证明机制。

DPOS从POS衍生而来,有些类似董事会或人大代表的投票机制。原理是让每一个股东将投票权授予代表,选出若干名代表作为超级节点,让这些节点履行记账职责。

DPOS记账节点数量大幅减少,达到秒级共识验证,效率提高。最早出现于比特股Bitshares社区,此外还应用于Steem,EOS等项目。

4.PBFT

PBFT ,Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法。

在分布式计算上,不同的计算机透过讯息交换,尝试达成共识;但有时系统上协调计算机(Coordinator / Commander)或成员计算机 (Member /Lieutanent)可能因系统错误并交换错的讯息,导致影响最终的系统一致性。

拜占庭问题的可能解决方法为:在 N ≥ 3F + 1 的情况下一致性是可能解决。其中,N为计算机总数,F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后,各计算机列出所有得到的信息,以大多数的结果作为解决办法。

Practical Byzantine Fault Tolerant(PBFT)最早由Castro和Liskov在1999年提出,是第一个得到广泛应用的 BFT 算法。只要系统中有2/3的节点正常工作,就可以保证一致性。

5.dBFT

dBFT:delegated BFT,授权拜占庭容错。

dBFT在PBFT基础上进行了改进,使其能够适用于区块链系统。由权益选出记账人,记账人之间通过拜占庭容错算法达成共识。

dBFT将C/S架构的请求响应模式改为适合P2P网络的对等节点模式;将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点;为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制,通过投票决定共识参与节点(记账节点);在区块链中引入数字证书,解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。

dBFT最大限度地确保了系统的最终性,使区块链能够适用于真正的金融应用场景。

应用场景:小蚁NEO。

6.Ripple Consensus

Ripple Consensus,瑞波共识机制。瑞波共识使一组节点能够基于特殊节点列表形成共识。

初始特殊节点列表就像一个俱乐部,要接纳一个新成员,必须由该俱乐部51%的会员投票通过。共识遵循这些核心成员的“51%权利”,外部人员则没有影响力。

它比其他系统更中心化。

7.POOL验证池

POOL验证池是基于传统的分布式一致性技术加上数据验证机制。

它不需要代币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证。去中心化程度不如Bitcoin;更适合多方参与的多中心商业模式。

8.PoET

PoET,Proof of Elapsed Time,消逝时间量证明。

PoET是英特尔构建在可信执行环境的一种彩票协议。核心是用intel支持SGX技术的CPU硬件,在受控安全环境(TEE)下随机产生一些延时,同时CPU从硬件级别证明延时的可信性,类似于彩票算法,谁的延时最低,谁将获取记账权。

9.其他

此外还有Quorum Voting(仲裁投票),Paxos,Raft等,有兴趣的同学可以查阅了解。

三、总结

所谓共识机制,就是在一段时间内对事务先后顺序达成共识的一种算法/机制。共识机制多种多样,各有优缺点。即便是主流共识机制,也有自身无法完全克服的不足之处。

参考资料:

[区块链]共识算法(POW,POS,DPOS,PBFT)介绍和心得

区块链共识机制概要扫描

区块链共识机制浅谈

[干货]区块链的几大共识机制及优缺点

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来源:币乎

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