【区块链百问百答】共识机制现在大致有几种，有什么区别？（第36章）

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【区块链百问百答】第36章

Q
共识机制现在大致有几种，有什么区别？
A：比较常见的有九种：
No.1
工作量证明—多劳多得

PoW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。
No.2
PoS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%)。
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PoW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。

No.3
DPOS股份授权证明

股份授权证明（简称：DPoS)与PoS的主要区别在于节点选举若干个代理人，由代理人验证和记账，但其监管、性能、资源消耗和容错性与POS相似。通俗的理解类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，由节点进行代理验证和记账。
整个投票的模式是：成为代表----授权投票----保持代表诚实----抵抗攻击
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：共识机制还是需要代币而很多商业是不需要代币的。
No.4
PBFT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识机制；更适合多方参与的多中心商业模式。
讲通俗些就是采用“少数服从多数”来选举领导者并进行记账的共识机制，该机制允许拜占庭容错，允许强监管节点参与，具备权限分级能力，性能高，耗能低，而且每一轮记账都会由全网节点共同选举领导者，允许33%的节点作恶，容错性为33%。
No.5
dBFT授权拜占庭容错算法

在实用拜占庭容错的基础上进行了改进：
将C/S（客户机/服务器）架构的请求响应模式改进为合适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，解决了投票中记账节点真实身份的认证问题。
优点：专业化的记账人；可以容忍出错；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。
缺点：当1/3及以上的记账人停止工作后，系统将无法提供服务；当1/3及以上的记账人联合作恶，且其他所有的记账人被恰好分割两个网络时，恶意记账人就可以使系统出现分叉。
总之，授权拜占庭容错机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
No.6
DAG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。
No.7
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
No.8
Ripple——RPCA

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 Consensus Protocol）就是在“Ripple共识算法”的基础上演化而来的。
No.9
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。

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