区块链的⼏⼤共识机制及优缺点
什么是共识机制
区块链要成为⼀个难以攻破的、公开的、不可篡改数据记录的去中⼼化诚实可信系统，需要在尽可能短的时间内做到分布式数据记录的安全、明确及不可逆，提供⼀个最坚实且去中⼼化的系统。
区块链分布式记账的⽅式使得每个⼈⼿上都有⼀本完整的账本，全⽹共有。但是随着节点的不断增多，数据越多，账本也越安全，难以摧毁。除此之外，任意⼀个或者部分节点的账本被篡改，都不可能被全⽹认同，除⾮你能控制51%的节点，即51%攻击，但是这耗能巨⼤，⼏乎是不可能的。同时随着节点不断增加，谁来记账，如何选择合适的⼈来记账成为⼀个问题，⽽制定⼀个记账⼈的选择⽅式以及规定，让⼤家来遵守这个规定，达成共识，这就是区块链⾥⾯的共识机制。
共识机制是区块链节点就区块信息达成全⽹⼀致共识的机制，说得更直⽩⼀些就是对于如何选择记账⼈达成共识。共识机制可以保证最新区块被准确添加⾄区块链、节点存储的区块链信息⼀致不分叉甚⾄可以抵御恶意攻击。
⽐特币作为区块链的第⼀个应⽤，它的共识机制PoW共识机制曾经⼀枝独秀，但是随着区块链技术的不断发展，各类不同的共识机制开始不断涌现，各有千秋，各有拥趸。
共识机制分类
PoW( Proof of Work)⼯作量证明：多劳多得
机制中根据矿⼯的⼯作量来执⾏货币的分配和记账权的确定。算⼒竞争的胜者将获得相应区块记账权和⽐特币奖励。因此，矿机芯⽚的算⼒越⾼，挖矿的时间更长，就可以获得更多的数字货币。
优点：算法简单，容易实现；节点间⽆需交换额外的信息即可达成共识；破坏系统需要投⼊极⼤的成本。
缺点：浪费能源；区块的确认时间难以缩短；新的区块链必须找到⼀种不同的散列算法，否则就会⾯临⽐特币的算⼒攻击；容易产⽣分叉，需要等待多个确认；永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性。
⽬前基于PoW共识机制的数字货币有很多，⽐特币、莱特币、狗狗币、达⼠币、门罗币等初期的数字货币⼤多都是PoW共识机制。
PoS(Proof of Stake)股权证明算法：持有越多，获得越多
POS 机制采⽤类似股权证明与投票的机制，选出记帐⼈，由它来创建区块。持有股权愈多则有较⼤的特权，且需负担更多的责任来产⽣区块，同时也获得更多收益的权⼒。
POS 机制中⼀般⽤币龄来计算记账权，每个币持有⼀天算⼀个币龄,⽐如持有 100 个币，总共持有了 30 天，那么此时的币龄就为 3000。在 POS 机制下，如果记账⼈发现⼀个 POS 区块, 他的币龄就会被清空为 0，每被清空 365 币龄，将会从区块中获得 0.05 个币的利息(可理解为年利率 5%)。
中获得 0.05 个币的利息(可理解为年利率 5%)。
优点：在⼀定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要⼤量消耗能源挖矿。
缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应⽤的痛点；所有的确认都只是⼀个概率上的表达，⽽不是⼀个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。
最先开始运⽤权益证明共识机制的区块链项⽬是2012年诞⽣的PeerCoin，以太坊前三阶段均采⽤Po
W共识机制，在第四阶段开始以太坊将采⽤权益证明机制，此外，量⼦链和Blackcoin都采⽤POS共识机制。
DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授权证明
DPOS 是在 POS 基础之上发展起来的。与PoS的主要区别在于持币者投出⼀定数量的节点，代理他们进⾏验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。
DPoS的⼯作原理为：每个股东按其持股⽐例拥有影响⼒，51%股东投票的结果将是不可逆且有约束⼒的。其挑战是通过及时⽽⾼效的⽅法达到51%批准。为达到这个⽬标，每个股东可以将其投票权授予⼀名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产⽣区块。每名代表分配到⼀个时间段来⽣产区块。所有的代表将收到等同于⼀个平均⽔平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果⼀个平均⽔平的区块含有100股作为交易费，⼀名代表将获得1股作为报酬。DPoS 的投票模式可以每30秒产⽣⼀个新区块。
优点：⼤幅缩⼩参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。
缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应⽤是不需要代币存在的。
⽐特股(BitShares)社区⾸先提出了股份授权证明机制，和⽐特股⼀⽗同胞同出于⼤神BM之⼿的EOS
以及Steem也是基于此共识机制，LBTC、BCX 、Lisk等也都采⽤了该共识机制，DPoS的⽀持者众多，影响⼒⼴泛，后来者居上。
DAG(Directed acyclic graph)有向⽆环图：⽆区块链概念
DAG最初出现就是为了解决区块链的效率问题。其通过改变区块的链式存储结构，通过DAG的拓扑结构来存储区块。在区块打包时间不变的情况下，⽹络中可以并⾏的打包N个区块，⽹络中的交易就可以容纳N倍。
之后DAG发展成为脱离区块链，提出了blockless⽆区块的概念。新交易发起时，只需要选择⽹络中已经存在的并且⽐较新的交易作为链接确认，这⼀做法解决了⽹络宽度问题，⼤⼤加快了交易速度。
优点：交易速度快;⽆需挖矿；极低的⼿续费。
缺点：⽹络规模不⼤，导致极易成为中⼼化；安全性低于PoW机制。
⽬前采⽤这个技术有IOTA、byteball两个币，前段时间国内⾸个基于DAG的物联⽹区块链项⽬ITC万物链币价也取得了不⼩的涨幅。
PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)实⽤拜占庭容错：分布式⼀致性算法
实⽤拜占庭容错在保证活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。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；但有时候，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。拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这⽆法找到⼀个绝对的答案，但只可以⽤来验证⼀个机制的有效程度。⽽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。
优点：系统运转可以脱离币的存在，pbft算法共识各节点由业务的参与⽅或者监管⽅组成，安全性与稳定性由业务相关⽅保证；共识的时延⼤约在2~5秒钟，基本达到商⽤实时处理的要求；共识效率⾼，可满⾜⾼频交易量的需求。
缺点：当有1/3或以上记账⼈停⽌⼯作后，系统将⽆法提供服务；当有1/3或以上记账⼈联合作恶，且其它所有的记账⼈被恰好分割为两个⽹络孤岛时，恶意记账⼈可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；去中⼼化程度不如公有链上的共
恰好分割为两个⽹络孤岛时，恶意记账⼈可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；去中⼼化程
度不如公有链上的共识机制；更适合多⽅参与的多中⼼商业模式。
实⽤拜占庭容错主要应⽤于央⾏的数字货币以及布萌区块链。
Pool验证池——私有链专⽤
Pool验证池，基于传统的分布式⼀致性技术，加上数据验证机制；之前曾是⾏业链⼤范围在使⽤的共识机制，但是随着私有链项⽬的逐渐减少渐渐开始势微。
优点：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。
缺点：去中⼼化程度不如bictoin；更适合多⽅参与的多中⼼商业模式。
⾃定义共识机制以及混合共识机制：私⼈订制
⼩蚁：dBFT(delegated BFT)授权拜占庭容错算法
⼩蚁采⽤的dBFT机制，是由权益来选出记账⼈，然后记账⼈之间通过拜占庭容错算法来达成共识。dBFT和PBFT的关系类似于 PoS和DPoS的关系。
dBFT在PBFT的基础上做出了多出改进：将C/S架构的请求响应模式，改进为适合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。
特点：专业化的记账⼈；可以容忍任何类型的错误；记账由多⼈协同完成，每⼀个区块都有最终性，不会分叉；算法的可靠性有严格的数学证明；当有1/3或以上记账⼈联合作恶，且其它所有的记账⼈被恰好分割为两个⽹络孤岛时，恶意记账⼈可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据。
唯链——PoA(Proof-of-Authority)
PoA共识机制，这种共识机制能达到的TPS，相较于⽐特币的PoW和以太坊即将采⽤的PoS，在TPS上都要⾼出很多。唯链创世团队曾经披露唯链研发团队测试能达到10000TPS，10000TPS⾜够满⾜很长⼀段时间内的性能要求。
PoA与PoS类似，但是POS是基于持币加时间的模式，所以同样会造成利益分配的不均衡和⼤节点的产⽣，在PoA中，验证者不需要在⽹络中持有股份，但是必须具有已知的和经过验证的⾝份，这意味着验证者不会有动机为⾃⼰的利益⾏事，由这些验证者来验证和治理DAPP的投票。如此，让PoA的⽹络变得更加安全和便宜。
除了唯链以外，欧链Oracles采⽤的也是PoA共识机制。
Ripple：RPCA(Ripple Protocol connsus algorithm)
瑞波共识机制RPCA是⼀个类似PBFT的共识机制，属于节点投票的共识机制。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51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核⼼成员的51%权⼒，外部⼈员则没有影响⼒。由于该俱乐部由“中⼼化”开始，它将⼀直是“中⼼化的”，⽽如果它开始腐化，股东们什么也做不了。
与⽐特币及点点币⼀样，瑞波系统将股东们与其投票权隔开，并因此⽐其他系统更中⼼化。Stellar的共识机制
SCP(Stellar Connsus Protocol)就是在“Ripple共识算法”的基础上演化⽽来的。
Hcash——PoW+PoS共识机制
Hcash采⽤混合共识机制后，有Hcash的⽤户与矿⼯均可以参与到投票中，共同参与Hcash社区的重⼤决定;Hcash的PoS还为不合格的矿⼯提供了⼀个制衡机制；通过PoS+PoW公平的按持币数量与⼯作量分配投票权重，可以实现社区⾃治。
通过PoW，使得Hcash有挖矿的硬性成本作为币价的保证，⼜制约了单独PoS机制⾥数字货币过于集中的问题;PoS让中⼩投资者着眼于项⽬的中长期的发展，中⼩户更倾向于把币放在钱包⾥进⾏PoS⽽不是放在交易所随时准备交易使得
⼩投资者着眼于项⽬的中长期的发展，中⼩户更倾向于把币放在钱包⾥进⾏PoS⽽不是放在交易所随时准备交易使得Hcash⽣态更加健康，⼈们会将注意⼒更多的放在Hcash技术与落地应⽤上，⽽不是仅仅关注短期的价格波动。
在安全性上，由于PoW必须通过PoS的验证才可⽣效，PoW矿⼯不能⾃⾏决定并改变⽹络规则，这有效的抵挡了51%攻击。
共识机制发展
迄今为⽌，没有任何⼀种共识机制完美地解决了所有问题，每个共识机制都存在各⾃的短板。数字货币市场在不断扩⼤，毫⽆疑问共识机制也在不断地⾃我更新。
从PoW到PoS，PoS到DPoS，以及DAG的⽆区块链概念，⽆疑不是对效率的不断追求。但是共识越集中(参与度越低)，效率越⾼，也越容易出现安全和独裁腐败现象(和去中⼼化的初衷背道⽽驰)。只有做到各⽅⾯的平衡，通过之后的发展以及不断的更迭，数字货币以及区块链未来可期。
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