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区块链各种共识机制对比与分析 原

余年寄山水 1年前   阅读数 76 0

目前区块链比较常见的共识机制主要有:工作量证明(PoW),权益证明(PoS),DPoS(委托股权证明),混合证明(PoS+PoW),PoA(权威证明)、Casper(下一代以太坊股权证明)。

1、共识机制概念理解

作为区块链的核心,理解区块链的共识机制至关重要。

共识机制是区块链节点就区块链信息达成全网一致的共识的机制,可以保证最新的区块被准确添加至区块链、节点储存的区块链信息一致不可叉甚至可以抵御恶意攻击。可以理解成一套大家一起遵守的游戏规则,在这套规则中,所有人一起参与这个游戏,维护整个网络的安全,并且获得回报。所谓的挖矿便是来源于此。

主流的共识机制有很多,包括工作量证明(PoW),权益证明(PoS),混合证明(PoS+PoW)等等。而我们熟悉的以太坊(ETH)主网的共识机制为早期PoW,后期PoS,简单的来说就是看根据你的算力来挖矿,等挖到一定程度了,就不用再浪费能源来挖了,你屯着币就给你币

 

2、什么是PoW ?

        PoW(工作量证明)是最有名的共识机制,我们熟知的BTC,ETH,LTC等,均使用该机制。PoW可以说就是挖矿获得多少货币奖励,取决于挖矿贡献的有效工作,也就是说,矿机的性能越好、挖矿时间越长,所获得的货币奖励就越多。保证付出一定成本才能有一定收获的原则,PoW给整个区块链带来了鲜活的支撑力量——矿工。然而PoW机制存在的同时,是一个足够数量的矿工支持。而且随着交易量的扩大,计算难度的影响等,PoW机制背后的交易速度变慢,需要给矿工的费用增加,人们在整个网络的交易手续费也提高。在这里我们可以把以太坊主网比作一架飞机,飞机一次的载客量有限,而大家都争着想要乘上这趟航班,那这趟航班机票的价格自然会很高。

        下面以比特币为例讲解PoW的共识规则,每个节点都按照这个共识规则进行数据处理:

  • 收集广播中还没有被记录账本的原始交易信息
  • 检查每个交易信息中付款地址有没有足够的余额
  • 验证交易是否有正确的签名
  • 把验证通过的交易信息进行打包记录
  • 通过解决密码学难题(即 PoW工作量证明)竞争获得唯一记账权,10分钟左右形成一个区块,具体时间会与密码学难题难度相互影响,单个时间跨度内所有的区块链节点只有一人可以记账成功,具体实现是通过猜谜,将原始交易信息进行Hash运算,通过添加随机值元素 使哈希结果(摘要信息)满足以10个0开头,理论上单个节点需要运算62的18次方次才可算出结果,需要强大的运算能力和电力支持。
  • 当某一个节点优先算出随机数则立刻进行广播自己获得唯一记账权,其他节点对广播的数据性验证,验证通过后将此区块添加到自己本地的区块链中,算出随机数的节点将获得12.5个比特币作为挖矿奖励。

    PoW的优点

    PoW(工作量证明),通过非常复杂的运算从众多节点中选出了拥有记账权的节点 ,使节点付出很大的代价获得记账权,,增大了节点作假的成本,极大程度上保证了整个网络的安全性。

    PoW的缺点

   PoW共识机制中绝大多数的算力都是浪费的,从结果上来说所有的节点都在做毫无意义的运算,截至2017年11月20日,整个比特币网络耗费的电力已经超过了159个国家的年度用电量。

    比特币网络平均10分钟形成一个区块,很多区块被确认时间超过2个小时,交易速度延迟度非常高。

    

3、什么是 PoS ?

        PoS(Proof of Stake)直译过来就是股权证明,即直接证明你持有的份额。 (例子:恒星币,狗狗币等)

由于 BTC 的 PoW 机制决定了谁的算力强谁就能获得更多收益,拥有更大的记账权。所以类似比特币这样的 PoW 币种挖矿带来了巨大的电力能源消耗,为了解决这种情况,所以有了 PoS。

        PoS 试图解决 PoW 机制中大量资源被浪费的情况。这种机制通过计算你持有占总币数的百分比以及占有币数的时间来决定记账权,虽然PoS机制避免了非常复杂的解密运算,但是每一笔交易依然需要网络中所有持有PoS的节点进行全体确认。

        在现实世界中 PoS 很普遍,最为熟知的例子就是股票。股票是用来记录股权的证明,股票持有量多的,拥有更高更多的投票权和收益权。

        通俗的说,PoS 就是资本主义,按钱分配,钱生钱。

 

4、什么是 DPoS ?

DPoS(Delegated Proof of Stake)即是委托股权证明,是 PoS 的进化方案,比特股 BTS 即使用 DPoS共识机制。

在常规 PoW 和 PoS 中,一大影响效率之处在于任何一个新加入的 Block,都需要被整个网络所有节点做确认。

DPoS 优化方案在于:通过不同的策略,不定时的选中一小群节点,这一小群节点做新区块的创建,验证,签名和相互监督,这样就大幅度的减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。

5、什么是 Casper  ?

        Casper是下一代以太坊共识机制 ,Casper 是 PoS协议的一种实现形式,第一次在 2016年的 《以太坊紫皮书》中被提出。在Casper的规则中,任何拥有以太币的账户都可以在合约中成为验证者,但前提是需要在Casper智能合约中抵押一定数量的以太币(抵押的越多,被选中作为验证者的概率越大),之后Casper合约通过一种随机方式,选出一个验证者集合,被选中的验证者集合按照一定的顺序依次验证区块,如果所有验证都通过,则将其添加到区块链中,同时所有验证者将根据抵押以太币的比例获得奖励,如果不遵守合约制定的规则,合约就会没收抵押的以太币作为惩罚。

6、什么是  PoW + PoS 混合机制 ?

        为了结合两种挖矿方式的优点,开始有了基于 PoW+PoS 混合共识机制的币。例如 Hcash,以及以太坊 ETH 也正在向 PoW+PoS 混合挖升级矿转变。

        那么,PoW + PoS 混合机制的优势是什么呢?

它能够将受众群体最大化。

        假设一个币它的机制是PoW + PoS 的混合机制。那么持有该币的用户与矿工均可以参与到投票中,共同参与该币社区的重大决定,持币者与矿工都可以影响预先编制好的更新,如隔离见证(SegWit)、增大区块等等。如果这些更新被广泛认可,无需开发者干预,链就会自动分叉以配合更新。而这才是真正的去中心化。

        以混合机制来实现广义上的 DAO(去中心化自治组织)的高效运行。通过 PoW+PoS 公平的按持币数量与工作量分配投票权重,实现社区自治。

 

7、什么是 PoA?

        所谓 PoA (权威证明),就是使用一组所谓的“权限” 来允许人们在区块链上创建新的节点并确保区块链的安全。以太坊测试网(Kovan)便是采用PoA算法。

        在PoA中,验证者(validator)是整个共识机制的关键。验证者不需要昂贵的显卡,也不需要足够的资产,但他必须具有已知的,并且已获得验证的身份。验证者通过放置这个身份来获得担保网络的权利,从而换取区块奖励。若是验证者在整个过程中有恶意行为,或与其他验证者勾结。那通过链上管理可以移除和替换恶意行为者。现有的法律反欺诈保障会被用于整个网络的参与者免受验证者的恶意行为。

        什么是POA网络? POA网络便是建立在PoA共识之上的底层区块链。在POA网络中,每个验证者(validator)都必须在美国境内拥有公证许可。人们需要通过POA网络身份DApps进行身份验证,包括住址证明和无犯罪记录证明等。然后进行所谓的启动仪式(initiation ceremony)来获得密钥。通过的验证者便可以担当起保护网络的安全的重任,并获得回报。 POA网络作为一个底层链,其上的每一个新的专用链都可以使用相同的验证器,或者拥有自己的一套验证器以及其他任何类型的可验证许可证。

                    

        通俗的理解就是,以前我们交易需要一群互不认识的人来拼算力,艰难的计算一道复杂的数学题,从而争出个输赢。而现在,我们只需要有一个信得过的人(至少得到了他们团队的认可)做担保,便可快速通过交易。而这个人也会因为为这笔交易做担保,而获得报酬。要是这个担保人使坏怎么办?没关系,其他的可信担保人看着呢,他要是敢使坏,我踢你出局。而要是担保人故意为难你呢?没关系,现有的法律可以保证你的合法权益(注意,数字资产丢失不在我国法律保护范围)。

 

        POA 权威证明的优点

  • 官方宣称5s就能打包一个区块,交易时间快。
  • 不需要挖矿,节能环保。
  • 整个网络,验证者互相监督,随时可以投票加入新的验证者或者剔出不合格验证者。
  • 所有的验证者都跟网络签署了协议,不能在POA上建立新的分叉。
  • 高度可扩展性和高度兼容性。

      

8、总结

 

POA与工作证明机制(POW)和权益证明机制(POA)的区别

POW和POS共识都使用了挖矿的机制,而POA不是

POS机制使用了一个机制,选择有最高权益的参与者作为见证人,这个机制假设最大的权益者是被 确认交易被处理所激励的。POW在交易被确认之前通过验证工作已经被完成来运行

同时,POA使用了个人身份作为单独的权威证明去验证,这意味着整个过程不需要挖矿

 

POA与代理权益机制的区别(DPoS)

DPOS通过使用见证人产生区块来运行。见证人是被利益相关者选举出来的,选举方法是一票一个见证人一份权益。然而,在POA中,权威的指定是事先钦定的,这意味着不会由于不公平的权益(Stake)产生偏见和不公平的过程。在POA中,见证人需要用他们自己的身份通过Dapps正式验证,并且在公开的领域他们的身份信息对每一个人都是透明可见的。

 

POA的优势

POA背后的理念是个人争取去成为见证人的权利,因此他们有保持自己原有地位的激励。通过把身份和声誉绑定在一起,见证人被激励去验证交易和维护网络安全,他们不会希望把自己的身份和一个不好的声誉联系在一起。这个机制被认为比普通的权益证明机制(POS)更安全。

 

PoW 和 PoS 各有优缺点。但看上去似乎是 PoW 的优点多。看看流通市值排行榜靠前的币种,大多数都是PoW

PoS、PoA 有中心化的嫌疑,权力仅掌握在少数人手中,PoW 虽然能做到充分地去中心化,但是存在大量消耗能源的缺点。

 


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