共識機(jī)制是區(qū)塊鏈無法存在的組成部分。它為區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)提供動力并確保它們的安全。但是共識算法還有哪些其他目的，哪個最好？

去中心化、交易安全和未知對等點之間的信任——所有這些特性都因共識算法的存在而成為可能。

由于迄今為止最受歡迎的區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛藕鸵蕴唬赡苈犝f過這兩者所依賴的工作量證明（PoW）共識模型。盡管該算法是討論最多的算法之一，但它遠(yuǎn)非理想，因此目前正被更先進(jìn)、更環(huán)保的機(jī)制所取代。

為什么你需要了解區(qū)塊鏈共識算法之間的差異？原因是這些機(jī)制確實是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心，您未來平臺最重要的性能指標(biāo)——例如交易的安全性、速度和最終性——將取決于共識算法的類型。

讓我們深入研究各種算法，了解它們的優(yōu)缺點，并找出最適合您的特定情況的算法。

區(qū)塊鏈中的共識機(jī)制是什么？

共識算法，也稱為共識機(jī)制、模型或協(xié)議，是一種用于實時達(dá)成關(guān)于區(qū)塊鏈真實狀態(tài)的共同協(xié)議的系統(tǒng)。

簡而言之，這樣的系統(tǒng)確保區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點都是同步的，并且交易是經(jīng)過身份驗證和安全的。一旦節(jié)點就交易的合法性達(dá)成一致，它就會得到批準(zhǔn)，然后記錄在區(qū)塊鏈上。之后，該塊將永遠(yuǎn)保留在那里。

除了保證整個區(qū)塊鏈的安全性，共識算法還有助于在去中心化網(wǎng)絡(luò)中建立陌生人之間的信任。這是實現(xiàn)的，因為它是決定信任哪些節(jié)點以驗證和啟用交易的算法。

那里有哪些類型的共識算法？

最廣泛使用的共識機(jī)制是工作量證明、權(quán)益證明、委托權(quán)益證明、權(quán)威證明和歷史證明。我們現(xiàn)在來看看它們之間有何不同，以及它們?nèi)绾斡绊憛^(qū)塊鏈平臺的工作。

工作量證明（PoW）

工作量證明是最古老的算法，與中本聰創(chuàng)建的第一個區(qū)塊鏈一起出現(xiàn)。

這種共識機(jī)制完全依賴于充當(dāng)節(jié)點的礦工。他們競爭解決復(fù)雜的密碼難題，第一個解決的人將獲得開采下一個區(qū)塊的權(quán)利。此外，“獲勝者”將獲得新鑄造的加密貨幣作為獎勵。

優(yōu)點

最明顯的好處與礦工本身有關(guān)。盡管他們要解決的難題極其復(fù)雜，而且只有第一個礦工“獲勝”，但他們?nèi)匀挥袡C(jī)會超越其他人并獲得加密貨幣獎勵。

另一個主要優(yōu)勢是防止黑客攻擊。由于這種共識模型需要大量的計算能力和努力，黑客很難改變系統(tǒng)。即使他們試圖這樣做，設(shè)備、電力和努力的成本也會超過獲得的利潤。

由于工作量證明共識幾乎不可能更改任何區(qū)塊，因此您可以確信它保持了每筆交易的真實性和可追溯性。

缺點

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)越來越先進(jìn)，解決一個哈希變得越來越困難，整個過程需要越來越多的計算能力。因此，礦工必須使用昂貴且消耗大量能源的專用硬件。

看看這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)：至少需要13 年的常規(guī)家庭電力才能開采一個比特幣。當(dāng)你考慮有多少礦工參加比賽時，你很難理解這些數(shù)字。

很明顯，PoW 協(xié)議對環(huán)境不利，并且對于充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)驗證者的礦工來說可能在經(jīng)濟(jì)上代價高昂。

另一個問題是這種共識機(jī)制與緩慢的交易速度有關(guān)。驗證一個區(qū)塊并批準(zhǔn)一筆交易可能需要十多分鐘。同時，交易費用也相當(dāng)高。

區(qū)塊鏈

除了比特幣和以太坊，萊特幣、門羅幣和綠幣等區(qū)塊鏈也依賴于 PoW 算法。

值得注意的是，以太坊已經(jīng)從工作量證明轉(zhuǎn)向權(quán)益證明共識模型，以使區(qū)塊鏈更快、更便宜、更環(huán)保。

股權(quán)證明（PoS）

PoS 共識算法是 PoW 模型最流行的替代方案。該機(jī)制不涉及挖礦，但需要您投入代幣才能參與網(wǎng)絡(luò)。

那么，股權(quán)證明如何運作？

PoS 隨機(jī)選擇驗證者，但它會考慮他們持有的加密貨幣的大小。如果交易沒有問題，一個區(qū)塊將被添加到區(qū)塊鏈中，驗證者會收到他們貢獻(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)費用。但是，如果驗證者提議添加一個包含虛假數(shù)據(jù)的區(qū)塊，他們將面臨懲罰，并因此失去部分抵押資產(chǎn)。

優(yōu)點

在權(quán)益證明中，驗證者無需購買昂貴的硬件。因此，更多的人有能力成為節(jié)點。除此之外，節(jié)點越多，去中心化越強(qiáng)。

這是另一個優(yōu)勢——無需挖礦，共識過程更加節(jié)能。要了解 PoS 共識對環(huán)境的友好程度，我們可以比較股權(quán)證明與工作證明。

目前，以太坊在 PoW 模型上運行時，每年消耗 113.01TWh 的電能，相當(dāng)于荷蘭的能源使用量。通過切換到 PoS，其能耗將下降 99.95%。

缺點

盡管每個基于 PoS 的區(qū)塊鏈協(xié)議都有不同的規(guī)則和條件，但大多數(shù)協(xié)議都要求驗證者在一段時間內(nèi)鎖定最低數(shù)量的加密貨幣。在此期間，無論加密貨幣發(fā)生什么情況——它的價格可能下跌或飆升——你都無法“取消質(zhì)押”并進(jìn)行交易。

另一個問題是，抵押資金??較大的驗證者在網(wǎng)絡(luò)上的權(quán)重更大，因此他們可能對交易驗證產(chǎn)生過大的影響。它還會導(dǎo)致加密貨幣囤積。

由于通過 PoS 算法運行的區(qū)塊鏈還沒有比特幣和以太坊那么大，當(dāng)其他網(wǎng)絡(luò)增長到與這些大型區(qū)塊鏈的規(guī)模相匹配時，我們可能會了解到新的漏洞。

區(qū)塊鏈

Flow、Cardano、Avalanche、Polygon 和 Tezos 都是使用權(quán)益證明共識協(xié)議的區(qū)塊鏈。這些平臺在社區(qū)中非常受歡迎，因為它們被設(shè)計為可擴(kuò)展和可持續(xù)的。

委托權(quán)益證明（DPoS）

委托權(quán)益證明算法可以被認(rèn)為是權(quán)益證明機(jī)制的增強(qiáng)版本。

質(zhì)押代幣和根據(jù)資金比例選擇驗證者的概念在這里仍然相同。主要區(qū)別在于實施新的民主投票制度，該制度有兩個參與者：選民和代表。選民是持有代幣的人，而代表是由選民選出以驗證交易的人。

好處

DPoS 系統(tǒng)的一大優(yōu)勢是實時投票可以持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全。一旦選民檢測到惡意活動，他們會立即將可疑的代表投票出去。即使受托人一直表現(xiàn)完美，他們也可以隨時被逐出網(wǎng)絡(luò)。

至于能源消耗，DPoS 比 PoS 更節(jié)能、更實惠。

Delegated Proof of Stake 機(jī)制的使用對交易確認(rèn)和執(zhí)行的速度也有積極的影響?；?DPoS 的區(qū)塊鏈每秒進(jìn)行 2,000 到 8,000 筆交易。

缺點

盡管 DPoS 系統(tǒng)因其去中心化特性而受到贊譽(yù)，但是交易驗證將依賴于一小部分人，這會使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生偏見并容易受到惡意行為的攻擊。

另一個問題與網(wǎng)絡(luò)安全有關(guān)。很明顯，一個好的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)需要大量的參與用戶。負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的人越少，組織 51% 攻擊就越容易——當(dāng)一個人或一群人控制超過 50% 的區(qū)塊鏈哈希算力時，這種攻擊就可能發(fā)生。

最后，PoS 共識也存在一個固有問題：持有更多代幣的選民擁有更多權(quán)力。如果他們決定濫用權(quán)力，將對整個網(wǎng)絡(luò)的運行產(chǎn)生負(fù)面影響。

區(qū)塊鏈

Tron、Steem、EOS 和 WAX 等區(qū)塊鏈運行在 DPoS 共識機(jī)制之上。所有這些區(qū)塊鏈在交易速度方面都具有高度可持續(xù)性和高性能。

權(quán)威證明（PoA）

權(quán)威證明是一種更適合私鏈網(wǎng)絡(luò)的算法。在這種機(jī)制中，驗證者不是抵押代幣，而是抵押他們自己的身份和聲譽(yù)。

由于人們必須獲得成為驗證者的權(quán)利并需要證明自己的真實身份，因此他們有興趣通過有效地工作和遵守嚴(yán)格的規(guī)則來保持良好的聲譽(yù)。

該算法只選擇有限數(shù)量的節(jié)點，這些節(jié)點成為唯一負(fù)責(zé)驗證交易、構(gòu)建塊和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。同時，驗證者不需要持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，因為他們使用特殊的軟件。

好處

PoA 算法也不需要很高的計算能力，所以不需要購買昂貴的硬件，這個共識仍然是節(jié)能的。驗證者的另一個好處是，雖然他們必須透露自己的身份并提供文件，但參與網(wǎng)絡(luò)會給他們真正的權(quán)力和回報。

對于企業(yè)主來說，這種共識算法也是一個相當(dāng)安全的選擇，因為他們依賴于聲譽(yù)受到威脅的真人。攻擊的可能性也很低，因為所有驗證者在獲得授權(quán)并成為驗證者之前都經(jīng)過檢查。

快速且可預(yù)測的交易時間是 PoA 提供的另一個優(yōu)勢。平均而言，創(chuàng)建和添加新信息塊大約需要五秒鐘。

缺點

第一個缺點實際上是對平臺所有者的好處，但對驗證者來說是缺點?；?PoA 的系統(tǒng)只允許有知名度的人參與網(wǎng)絡(luò)，因此成為驗證者并不容易，對于普通人來說基本不太可能。

權(quán)力下放的程度也值得懷疑?；?PoA 的系統(tǒng)意味著網(wǎng)絡(luò)由少量且有限數(shù)量的驗證者維護(hù)，這與去中心化的思想背道而馳。這就是權(quán)威證明共識主要用于私鏈網(wǎng)絡(luò)的原因。

區(qū)塊鏈

POA Network 是第一個具有基于以太坊協(xié)議的權(quán)威證明共識的公共平臺。該網(wǎng)絡(luò)為智能合約提供了一個開源框架。

VeChainThor 是 PoA 驅(qū)動的區(qū)塊鏈的另一個著名示例。它的創(chuàng)造者正在推廣將區(qū)塊鏈大規(guī)模用于商業(yè)目的的想法，并使這項技術(shù)無可爭議地適用于企業(yè)。兩個最常見的用例是基于區(qū)塊鏈的供應(yīng)鏈和 NFT 市場。

其他共識算法呢？

區(qū)塊鏈共識機(jī)制的列表并沒有在這里結(jié)束。還存在其他算法，例如實用拜占庭容錯（pBFT）、權(quán)重證明 （PoWeight）、重要性證明（PoI）、租賃權(quán)益證明（LPoS）、容量證明（PoC）和燃燒證明（PoB）。它們不太普遍，但在為您的應(yīng)用程序選擇共識機(jī)制時仍然可以考慮他們。

如果您的業(yè)務(wù)目標(biāo)無法通過現(xiàn)有的達(dá)成，則可以創(chuàng)建自己的共識機(jī)制。

選擇錯誤的共識協(xié)議有哪些風(fēng)險？

由于共識算法是區(qū)塊鏈不可或缺的重要組成部分，選擇錯誤的算法將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。以下是幾個風(fēng)險：

表現(xiàn)不佳

錯誤選擇的共識機(jī)制會對節(jié)點的工作以及整個網(wǎng)絡(luò)和事務(wù)處理的速度產(chǎn)生負(fù)面影響。如果您計劃吸引大量用戶使用您的應(yīng)用程序，則需要考慮可以為您提供高交易速度和可擴(kuò)展性的算法。

系統(tǒng)錯誤

想象一下，您選擇了一種不適合公共區(qū)塊鏈的共識算法。你成功啟動了一個應(yīng)用程序，吸引了大量用戶到你的平臺——然后發(fā)現(xiàn)沒有足夠的節(jié)點來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，或者他們驗證交易的方式不是很有效和安全。一旦節(jié)點停止工作或出現(xiàn)一些嚴(yán)重問題，整個網(wǎng)絡(luò)就會崩潰。

區(qū)塊鏈分叉

除非有意創(chuàng)建分叉以實施新的共識規(guī)則，否則區(qū)塊鏈分叉可能會導(dǎo)致問題。

當(dāng)出現(xiàn)分叉時，網(wǎng)絡(luò)中的礦工和節(jié)點就會減少，從而導(dǎo)致漏洞。當(dāng)一群攻擊者控制了超過 50% 的計算能力時，他們將成功地干擾網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)丟失的節(jié)點越多，黑客就越有可能在網(wǎng)絡(luò)中獲得額外的權(quán)力。

哪種共識算法適合您的應(yīng)用程序？

為了表面選擇錯誤的共識算法導(dǎo)致的可能性承擔(dān)后果，可以考慮這些問題：

1. 您打算啟動公共應(yīng)用程序還是企業(yè)應(yīng)用程序？

如果您計劃為廣泛的受眾創(chuàng)建應(yīng)用程序，您可以考慮實施 PoW、PoS、DPoS 或 PoH。這些算法意味著任何人都可以參與區(qū)塊驗證，只要他們滿足網(wǎng)絡(luò)的要求。

雖然 PoA 也適用于公共區(qū)塊鏈，但這種機(jī)制更適合私有的、企業(yè)級的應(yīng)用程序。

2. 可持續(xù)性是您最關(guān)心的問題嗎？

如果您的公司正在尋求創(chuàng)建一種環(huán)保解決方案，那么基于工作量證明的區(qū)塊鏈絕對不是最佳選擇，因為它是最耗能的。

相反，您可能會考慮 PoS 或 DPoS 選項。PoS 機(jī)制比 PoW 節(jié)能 2000 倍，基于 DPoS 的區(qū)塊鏈比 PoW 節(jié)能 125000 倍。PoA 也是一個不錯的選擇。

3. 您是否希望您的應(yīng)用程序處理大量用戶并每秒處理數(shù)千筆交易？

如果答案是肯定的，那么你應(yīng)該考慮使用 PoS、DPoS 或 PoH。目前，基于 PoS 的區(qū)塊鏈可以執(zhí)行高達(dá) 4,500 tps，DPoS 超過 8,000 tps，而 PoH 高達(dá) 65,000 tps。評估您的應(yīng)用需要處理多少筆交易并做出決定。

4. 你需要你的應(yīng)用程序完全去中心化還是你會考慮有限的去中心化？

PoW 和 PoS 算法提供了完全的去中心化和高網(wǎng)絡(luò)安全性，而 DPoS 比這兩者更中心化。至于 PoA，它的分散性有限，因為它需要少量節(jié)點來驗證交易和維護(hù)系統(tǒng)。

5. 誰將擔(dān)任區(qū)塊驗證者？

您認(rèn)為誰是您未來應(yīng)用程序的節(jié)點？如果這些是礦工，那么你應(yīng)該回到 PoW 算法。如果你希望你的節(jié)點是普通用戶，只需要質(zhì)押幣，不需要購買專門的硬件，那么 PoS 或 PoA 是合理的選擇。

最后的想法

世界上沒有完美的事物，科技也不例外。每種共識算法都有其優(yōu)點和缺點，需要仔細(xì)權(quán)衡和評估對應(yīng)的可行性。

無論您是在開發(fā)和實施自己的共識算法方面需要幫助，還是想從頭開始構(gòu)建區(qū)塊鏈，或者您正計劃使用現(xiàn)有的共識機(jī)制構(gòu)建一個新的區(qū)塊鏈驅(qū)動的解決方案，我們都能滿足您的需求。

極客云區(qū)塊鏈開發(fā)團(tuán)隊擁有使用眾多共識算法和區(qū)塊鏈的經(jīng)驗。處理過多個區(qū)塊鏈項目，歡迎隨時與我們聯(lián)系。