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区块链共识机制的最全解说

2018-12-01 07:02:33 158 引领区块链+电商发展,青苹果带来无限可能

大多数区块链都有很多共同之处,并以相似的方式发挥作用,但区块链的独特之处在于达成共识的方式。哪些交易合法,哪些交易添加到区块链?区块链使用各种共识机制来实现这一点,我们将在下面解释最重要的机制和其他一些机制。



什么是共识机制?

简而言之,共识机制是确保所有节点彼此同步,并就哪些交易是合法的被添加到区块链的协议。

这些共识机制对于区块链的正常运行至关重要。他们确保每个人使用相同的区块链。每个人都可以提交要添加到区块链的内容,因此必须不断检查所有交易,并由所有节点不断审核区块链。如果没有良好的共识机制,区块链将面临各种攻击的风险。

达成共识的方法有很多,现在我们直接进入最流行的一种。

工作量证明(POW)

工作量证明(POW)是第一个区块链共识机制,最早被比特币使用。许多加密货币效仿比特币,也采用了这种共识机制。

工作量证明过程称为挖矿,节点称为矿工。矿工解决复杂的数学难题需要大量的计算能力。第一个解决这个难题的人将创建一个块,并获得创建一个块的奖励。这些数学难题有一些有趣的属性。

首先,它们是不对称的,这意味着要花很多时间才能找到答案,但是很容易验证答案是否正确。

其次,解决这些难题的唯一方法是“猜”。用试错法以外的任何方法都不可能更快地解决这些难题。这也意味着,如果想更快地找到这个难题的答案,就需要更多的算力,这成本很高。

最后,这些难题的难度取决于挖矿速度。为了保持新的币的持续供应,必须在一定的时间范围内创建块。如果块创建得太快,问题就会变得更难,如果块创建得太慢,谜题就会变得更容易。

这个过程确保了为了能够创建一个块,首先需要大量的计算来解决这个难题。但矿工是如何挖这些区块的呢?

矿工可以使用许多不同的硬件来挖区块:

CPU——使用普通计算机的CPU验证工作证明共识协议中的交易。

GPU——这与CPU挖矿没有什么不同,但是在这种情况下使用的是显卡。显卡功能更强大,同时耗电量相对较少。

FPGA——也被称为“现场可编程门阵列挖掘”。FPGA是针对特定用途定制的电路,挖矿速度比普通处理器快几倍。

ASIC——是一种“专用集成电路”,一种为特定用途定制的电路。在速度和效率上都明显优于CPU、GPU和FPGA,通常只用于挖比特币。

矿池——为了增加成功开采一个矿池的可能性,矿池将矿商的资源集合在一起,根据每个矿商的贡献分享任何潜在的回报。

云采矿——一些矿商将他们的处理能力出租给其他矿商,租期是规定的。

不过,这种共识机制存在一个重大缺陷。工作证明需要大量的资源,据说将来是不可持续的,这就是为什么一些区块链正在转向不同的共识机制。
为了让你了解使用工作量证明的区块链可以消耗多少能量,我们加入了上面的图表,它估计了比特币在过去两年消耗了多少能量。据Digiconomist估计,就在去年一年,比特币消费了大约73.12千瓦时,估计成本为3,656,073,069美元。

股权证明(POS)

股权证明(POS)是工作量证明中较为环保的兄弟协议。股权证明使用的前提是,那些在网络中拥有大多数币的人对保持网络的正常运行和保持网络中币的高价值有既得利益。

在一个使用股权证明证明的系统中,使用随机过程来确定谁产生下一个块。用户可以将他们的token放入成为验证方(可以生成块的人),这意味着他们将token锁定一段时间。这样做之后,它们就有资格生成块。决定谁生产下一个块的过程要考虑几个因素,这些因素是什么取决于区块链的设计,但一般来说,拥有最大股份的人生产块的机会最大。另一个可以考虑的因素是这些币被下注的时间。

验证方也会因为他们的工作而得到奖励。验证方为创建下一个块而获得的奖励取决于区块链的设计。通常情况下,他们要么获得他们创建的区块中所有交易的全部或部分交易费用,要么获得固定数量的币(通过通货膨胀产生)。

股权证明不仅比功证明节能很多,而且还有另一个主要区别。在一个工作系统的证明中,矿工可能不拥有他们正在挖的币,这意味着他们只追求利润最大化,而没有真正改善网络。在股权证明系统中,验证方有更大的动机来实际维护网络,因为他们实际上持有他们正在验证的区块链的币。

委托证明(DPOS)

委托证明(DPOS)是一种非常快速的共识机制,最广为人知的是它在EOS中的实现,由于它的股权加权投票系统,通常被称为数字民主。

在委托证明系统中,用户可以用自己的币来投一定数量的票。他们的投票权重取决于他们的赌注,例如,如果A投了10枚币,B投了1枚硬币,那么A的投票权重比B高10倍。

但什么是委托呢?委托是希望在网络上生成块的个人或组织。获得最多票数的代表将生成块,并因创建这些块而获得奖励。就像有了股权证明,他们要么从交易费用中获得报酬,要么从通货膨胀中获得固定数额的币。有多少代表可以产生块取决于区块链的设计,通常,这固定的数额或所有代表超过一定的工资等级。谁最有话语权的一方是可以不断改变。

与其简单地通过减薪来获得代表的支持,代表们可能会通过投票获得支持,因为他们将代表的薪酬用于营销、法律工作或游说等其他任务。因此,他们可以履行一些其他类型公司的员工会做的职责。

因此,所有代表都有强烈的动机,不仅要保护网络,还要以其他方式为股东提供价值。

由于都希望获得尽可能多的选票,就会不断受到激励去创造对社区有价值的东西,这样做可能会获得额外的选票。

委托证明协议在处理事务方面也比上述协议有效得多。正如从上面的图像中看到的,最活跃的区块链,按照过去7天的交易量排序,都使用委托证明的利害关系协议,或者它的变体。

其他共识机制

现在您已经阅读了3种最流行的共识机制,您可能想知道还存在哪些其他共识机制。我们已经在下面解释了其中的一些。

概念验证(POC)

概念证明是使用一种称为绘图的过程的共识机制。有了工作量证明,矿工使用计算来猜测正确的解决方案,但有了概念验证,解决方案是预先存储在数字存储器(如硬盘)中的。这个过程叫做绘图。在绘制了存储之后(意味着存储已经被解决方案填充),它可以参与块创建过程。

谁能最快地解决(新)块的难题,谁就能创建新块。存储容量越大,可以存储的解决方案越多,创建块的可能性就越大。

经验证明(POET)

经验证明是一种共识机制,目的是根据等待的时间,随机公平地决定由谁生成块。为了决定由谁来生成块,该流程为每个节点分配一个随机等待时间。等待时间最先结束的节点将生成下一个块。

只有当系统能够验证没有人可以运行多个节点且分配的等待时间实际上是随机的时才能工作。如果没有这样的系统,共识机制就会有重大缺陷。

归根结底,所有这些机制都有相同的目标:在去中心化的网络中达成共识。尽管这些机制虽然有共同的目标,但在达成共识的方法上却大相径庭。虽然完美的共识机制还不存在,但是看到共识机制是如何随着时间的推移而演变和适应这样协议不断变化的需求是很有趣和鼓舞人心的,而且看到新想法能实现使很令人着迷的。