如何理解共识算法

说到区块链的热词，一定离不开大共识算法，大共识算法是构建区块链信任特性的基础。 有哪些共识算法？ 今天就来一探究竟：

什么是共识算法？

共识机制用于解决分布式系统的一致性问题。 它的核心是让指定的操作一致、可识别、不可变。 在区块链系统中，通过特定的共识算法来解决去中心化的多方互信问题。

其实简单的理解就是达成共识。 现实生活中的很多场景都需要达成共识。 在区块链系统中，每个节点都必须保持自己的账本与其他节点的账本一致。 在中心化世界里，这几乎是不可能的，因为有中心服务器。

有多少种共识算法？

在区块链系统中，共识算法通过经济利益的博弈，鼓励对系统的贡献，增加不可信节点作恶的成本。 常用的算法有PoW、PoS、DPoS等，不同的算法其实是不同的玩法。

按开采方式分类：

PoW（Proof of Work，工作量证明）——主要代表：比特币的所谓比特币挖矿，就是通过计算与某个比特币区块头相匹配的哈希值来竞争记账权。 这个过程需要通过大量的计算才能实现。 简单理解就是你的计算量大（工作量大），你有很大概率获得记账权。 包括：比特币、以太币、莱特币、Zcash。 优点：随机性和公平性好； 缺点：耗能。

PoS（Proof of Stake，权益证明）——主要代表：点点币的简单理解就是根据资产的分配获得记账权的概率，类似于股份公司的股东。 包括：Ethereum-PoS、Tendermint、Algorand、EOS DPoS、DFINITY、VBFT。 优点：攻击成本更高，性能效率高； 缺点：权利集中。

DPoS（Delegate Proof of Stake，委托证明）——主要代表：EOSPoS改进，簿记员通过社区选举产生，类似于股份公司的董事会。 如：Steemit、EOS、bitshare 优点：交易便宜，可扩展； 缺点：目前部分中心化。

为适应不同的应用场景，区块链共识机制的研究主要集中在优化系统的可扩展性、运行效率、容错性等方面。 在新兴的区块链方案中，会结合使用各种共识机制。 例如在分层/分片方案中，最顶层的主链采用PoW机制来保证全局共识的有效性和抵抗Sybil攻击，而在规模相对较小的分片中，则采用PoS或BFT算法来实现更高效共识。 典型案例包括未来基于验证者管理和关于分片方案的以太坊和 Zilliqa 的引入。 这些方案虽然尚未得到验证，但代表了未来区块链设计的趋势。

事实上，共识算法有很多种。 例如，它们用于解决可信节点之间的网络通信故障问题。 常用的算法有Paxos、Raft、ZAB等，常见于大数据分布式系统。 容错。 这类算法还包括解决拜占庭一般问题的拜占庭容错算法（BFT）比特币的共识算法是什么，允许一定比例的不信任节点。

共识算法的发展历程：

从历史上看，共识算法起源于多处理器计算的研究； 他们解决了处理器可能出现故障（即变得无响应）时的全局状态问题。 这些情况下的通信是同步的，即受制于某些已知的时间上限。

后来，随着电信和计算机网络的发展，又出现了另外两个问题：未知的通信延迟和对手的存在。 前者导致了对同步和异步共识算法的部分新研究，以及可以容忍任意代理行为（拜占庭行为）的算法的创建——所谓的拜占庭容错算法（或 BFT 共识）。

随着互联网的广泛使用，对手的问题变得更加严重。 如果每个代理都可以在多处理器环境或电信基础设施中被识别，那么在 Internet 上很多情况下是无法做到的。 因此，出现了一种新的公共（或无许可）共识，共识算法必须成为一种协议，其中嵌入了用于识别和排除拜占庭代理人的规则和程序——好像某种偶然的机制进一步降低了参与协议的经济能力是一样的。 该系统以 POW 和 POS 的名义引起了公众的关注。 我们将以经济激励 (BFT-ei) 命名这些协议。 在许多情况下，异步和无需许可需要牺牲其他共识品质，例如确定性或适用于领导人选举场景的能力。

共识算法应用：

通常，共识算法用于解决以下问题：

· Leader选举（在所有共识参与者中选出一个proxy，有权更新系统的全局状态）

· 原子交换（它们的顺序事件的确切顺序不能从它们的内部属性中确定）

状态复制（维护所有或大多数代理共享的全局状态）

这些是高度相关的共识算法的三个主要用例。 例如，状态复制可以通过适当的状态更改顺序（即原子广播）来解决，而适当的领导者选举过程本身可能允许有序的原子广播（但是，在没有领导者选举过程的情况下比特币的共识算法是什么，没有办法达成相同的结果共识）。

总的来说，主流共识算法正在逐渐从PoW向PoS共识算法转移，并且有POW和POS混合的趋势，POW的公平性和POS的效率融合和补充。 但是，即使每种加密货币背后都有一个伟大的共识算法，也没有一种共识算法是完美的，每个算法都有其优缺点。 随着区块链项目越来越多，共识算法也会不断完善。

•结尾•

来源 | 比特金融

作者|徐育之

甚至

许多

精制

颜色

请点击右侧二维码

公众号

gh_51010c5c869c

贡献与商业合作

13269916131（微信同步）