pos共識機制圖

1、NULS的POC共識與POS和DPOS共識機制有和區別?

POC：（Proof-Of-Credit）信用共識機制，由NULS團隊首創并運用，共識機制為：節點信用達標的情況下，鎖定一定保證金即可加入共識，共識節點重新排序后每輪輪流出塊，退出共識時保證金解鎖。NULS的POC分為委托共識和節點共識，委托共識抵押2000NULS，節點共識抵押20000NULS。節點建立者維護節點，收取委托共識的部分傭金，共同維護NULS主網節點健康運行。
POC共識機制綜合了POW/POS/DPOS的優勢特點，把區塊鏈中難以統一的去中心化、效率、一致性在不同方向上的特點做到了更好的協調。
 
1、去中心化：在POC共識機制的中，沒有節點數量的硬性限制，節點的數量是動態的，任何滿足條件的都可以加入節點，這里每一個出塊節點都類似POW中的礦池，通過持有權益的方式來加入這個礦池中共識。在POW中礦池根據算力來獲得記賬權益，在POC中，所有的礦池獲得記賬權的機會是隨機對等的，這使得POC共識機制的節點分布相對更去中心化。
 
 
2、效率：影響區塊鏈網絡效率的兩個關鍵因素是節點分布廣泛的程度和提供節點的硬件網絡資源。在協調這兩個參數中，POC共識機制引入了信用系數機制，直接會影響到節點的穩定，所以每一個節點以及參與到這個節點的委托人都會做出對網絡最有利的選擇，保證節點能高效穩定的提供服務，另外通過權益的方式來加入節點共識，使得節點的數量會在一定的區間內浮動，可以通過更改激勵參數來調節，參數一定的情況下市場會進行自動的調節。在這些節點中，融入了DPOS的隨機排序后出塊原則，保證了網絡的的安全和高效，可提供較高的TPS承載能力。
 
3、一致性：在POC共識機制中，全員皆可以參與共識，節點只能向參與者收取一定的手續費，所有的人參與共識的機會是均等的，獲得的激勵根據權益和節點信用系數來決定的。節點和所有的參與者都會為了提供穩定的節點服務達成共識。

2、PoT基于信任的共識機制方案

姓名：胡娟

學號：20021110092

轉自：https://mp.weixin.qq.com/s/lA4qc1iA44HH5biH7TrFvg

【嵌牛導讀】區塊鏈的核心是無信任的領導選舉機制，在無需第三方或可信方的監督下，實現了匿名節點之間共識的達成。目前工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)是集中討論的兩種共識機制。PoW依賴于計算能力的證明，伴隨著巨大的資源浪費。PoS通過依賴系統中擁有的加密貨幣的數量來解決問題。無論哪種方式，都受區塊鏈系統經濟基礎的限制，這迫使那些不含加密貨幣的區塊鏈應用程序只能求助于“許可”的設置，有效地使系統集中化。然而，對于無加密貨幣的非許可鏈能夠為眾多新興應用領域（如教育、醫療）提供安全的、自治的P2P結構服務，在這些領域中，對等節點之間存在一定的信任基礎。這為評估對等節點之間的信任并將其作為達成共識的基礎創造了可能性。

【嵌牛鼻子】PoT，PoW，PoS

【嵌牛正文】

PoW 是十分昂貴的

他是一種“難度值”控制資源消耗的機制。難度值是隨系統計算能力來調整級別的，隨著節點和事務的增加，難度值不可避免的增加。除了高昂的成本外，還容易受到中心化陷阱的影響，即一小部分算力強大/有錢的節點最終控制了整個系統。例如比特幣上的采礦池現象和壟斷了系統的巨型挖礦數據中心。

當前，相比PoW在能耗上有更優表現的替代方案被人們持續關注，然而大多數建議的替代方案要么依賴于特殊物理硬件的所有權，要么權衡系統的去中心化采用許可鏈的方案，后者是使用拜占庭協議（PBFT）的變體。PoW目前合理的替代方案是PoS（Proof-of-Stake），PoS中區塊領導者是根據其在區塊鏈系統中持有的資產數量來被選擇的。該方法背后的博弈論前提是，對擁有加密貨幣的節點，持有最大份額的節點有興趣對系統進行服務，來保持他的可信度和價值，從而激勵他們按照協議行事。與PoW相比，PoS承諾提供更加明晰和便宜的共識機制，但他需要將區塊鏈系統與加密貨幣捆綁在一起。并造成了“你擁有越多你控制的越多”或“你擁有的越多，你越合理擁有領導權”這樣富人越來越富的心態，導致系統進一步向中心化轉變。

使用信任去修補區塊鏈

 信任證明PoT，當網絡中出現更多可信的對等點時，目標是最小化在PoW上花費的能量。也就是說，安裝“您越受信任，您需要執行的工作就越少”的概念。“我們假設在應用場景中，區塊鏈旨在在協作以實現共同目標的對等體之間提供去中心化的服務，并且可以在各方之間表達信任，例如在健康或教育領域。這與當前以自我為中心的金融區塊鏈形成了鮮明的對比，在當前的金融區塊鏈中，被選為區塊領導者的唯一興趣和博弈論動機是賺取加密貨幣。

 在PoT結構中，參與系統的每個節點都單獨地表示對他認為可信任的其他節點的信任情況。這種信任不斷地被廣播，促使信任網絡以去中心化的方式興起，并存儲在區塊鏈中，為所有的參與者提供了一致性、防篡改的記錄（view）。PoT機制在仍然使用PoW的同時，保證只有一小部分參與其中，從而大大降低了功耗成本。

協議描述和問題定義

PoT 描述的參與者的信任值是以去中心化的方式計算和協商的，這些信任值將表示為節點在系統中所持有的權重（stake），作為共識機制的基礎。PoT的設計主要考慮了可驗證性和獨立性：

可驗證性：一旦一個節點證明其有資格成為下一個領導者，所有的節點都可以驗證這一聲明。

獨立性： 獨立性聲明領導者的被選舉權與區塊鏈有效性，可由任何節點使用公開可用的信息，無需他人協作的情況下進行驗證。

為了實現以上的目標，需要解決兩個主要問題：

1)定義一個去中心化的信任管理機制；

2)定義一個使用信任網絡的共識協議。

1.去中心化信任管理（Decentralized trust management）

信任建立基于信任模型，這類工作在很多文獻中已有。對于基于社區的信任，起始點通常是一個給定的信任網絡，該網絡編碼系統中誰信任誰，它通常被建模為一個有向圖，其中節點表示對等點（peer），邊表示它們之間的信任關系。一個節點在網絡中傳入的鏈接越多，它就越可信。信任網絡可以以多種形式出現，例如：

1)從社交網絡中提取；

2)從底層系統中節點之間的交互推斷而來；

3)被節點明確聲明他們信任誰。

在公開鏈模型中，唯一可行的選擇要么是跟蹤區塊鏈中節點之間交互的記錄，要么設立一個信任網絡，網絡中每個節點在沒餓過時期單獨地聲稱他信任誰。前一種選擇要求管理區塊鏈系統的節點同時也是產生和記錄事務的節點。

文章選擇了后一種方案，每個節點通過廣播信任關系宣布他們的信任節點，并由所有其他節點獨立收集信息，形成信任網絡。區塊鏈區塊大小的限制，使得PoT中區塊鏈僅記錄信任網絡的哈希值。每個時期，當前的區塊領導者是根據前一個階段中達成一致的信任網絡情況來選出來的。

2.基于信任的動態共識機制（Dynamics of a trust based consensus）

PoW盡管對能源的消耗十分巨大，但是在完全去中心化的系統中，PoW保持了良好的安全性和可操作性。更重要的是，提供了具有“保證時間窗口”的時鐘功能，實現了新的塊只有在前一個塊出現后才能出現，允許分布式系統在不需要全局同步的情況下有效地工作。因此文章沒有完全放棄PoW，而是信任等級越高的節點執行PoW時的難度值越低，信任等級越低則難度值越高。這將抑制不太受信任的節點加入PoW，使活躍的挖礦池被限制到更小的子集中。其中存在的風險是：1）可能會導致較小的信任子集中出現集中化的問題；2）難度值小的節點可能造成Sybil攻擊。因此，PoT采用了以下的策略：

1）領導節點信任衰竭策略

節點根據他們獲得的信任程度被分配到不同的小組。其成員根據可信等級對應的難度值進行挖礦，具有最高信任級別小組成員更有可能在區塊鏈中挖到礦，這埋下了信任網絡中頂層節點控制網絡的隱患，造成“富人更富”的現象，同時其他的節點沒有了升級的空間。衰竭策略會確保任何競爭到挖礦權的節點退回到低信任分區中。

2）新的信任關系采用阻尼策略

Sybil節點不能突然獲得系統中的高信任等級，應當給誠實節點有足夠的機會觀察和控制惡意節點。在PoT中，引入了一種控制機制，通過對新的信任鏈路采用一種阻尼策略來控制新節點信任度量的過程，節點的信任等級與他們所保持存活的時間長短成正比增長。

PoT結構建立在兩個主要機制上：

1) 衰退的信任機制，阻止區塊領導者潛在的惡意行為，防止網絡被一個小的頂層受信組織控制；

2) 網絡信任機制演變的控制機制，阻止惡意節點信任等級的升級的速度，給予其他節點充分的時間去檢測這樣的行為。

區塊鏈系統首先經歷一個自力更生的階段，通過對幾個塊僅實施純PoW共識。在每

個新的區塊中，網絡中的節點（礦工）單獨廣播自己發出的信任關系。新節點加入產生新的信任關系，這種關系服從一種阻尼策略，將他們在系統中存活時間作為權重給他們分配。阻尼策略使得新節點使用新的信任關系來增強它們的信任級別變得更慢。自力更生階段在協議定義的預設好的塊數后結束。共識從此由PoW轉變為PoT。

每個信任分區的節點都會遵循對應的PoW的困難系數來挖礦，當使用對應困難值找到PoW的解決答案時，節點宣布他的塊，其他節點驗證并接受該塊作為共識的一部分。如果同時有多個有效的塊被廣播，則規則是選擇信任等級最高的發布的塊。一旦一個塊被附加到區塊鏈中，那么塊所有權所屬的節點相對于初始信任值會呈指數衰減。

1. 信任網絡（The trust network）

信任網絡是由節點在網絡中，通過主動聲明信任連接所組成的。每個周期，信任網絡都表示為一個加權圖，節點是區塊鏈網絡中的節點，邊上的權值代表節點的存活時長。周期t所在的信任網絡為： ，其中

  ：節點的集合，SKi和VKi是節點的密鑰對；

  ：關系邊的集合，由節點vi來聲明和簽名的；

：函數，為每一條邊計算權重值

2. 區塊鏈部分（The Blockchain）

   定義1: 密碼散列函數 , 有效的PoW區塊被定義為一個三元組：

參數 ：區塊對應挖礦的難度值；

參數 ：前一個區塊的哈希值；

參數 ：PoW工作的隨機數答案；

參數 ：事務的負載。

3. PoT協議（The PoT protocol）

PoT協議除了PoW中事務負載和區塊頭元數據外，還包含節點提交給區塊的簽名，以及區塊所在時期信任網絡的摘要。

        1)信任分區（Trust divisions）

對每個節點，使用連續棄權函數（waiverfunction）實現難度值與輸入信任級別成反比。另一種方法是，節點被分配到符合一定信任范圍的組，每個小組所有成員在相同難度水平挖礦。挖礦和廣播的機制與PoW相同，但注意到網絡中的任何節點都可以毫不含糊地、一致地與其他節點一起檢索任何一個節點的信任值。

        2)信任衰退和恢復（Trust decay & recovery）

當節點vi在周期t時刻，獲得了某一個區塊的記賬權后，它的信任值會進行一個與它在周期t初始時刻信任值成正比例的快速衰退和緩慢恢復的過程。以防止節點vi持續保持高的信任等級，從而產生Sybil攻擊的隱患。這里引入了指數衰退函數：

N(0) 是時間0是衰減量的值， 是衰減常數。

在每一個周期t，信任衰減過程是由節點執行的，協議規則如下，衰減長度因子k，衰減常數 λ，當前周期t和當前區塊鏈作為輸入，從時間t開始對 k/λ 個區塊，衰減對應記賬權礦工的信任值。

3)對新邊的阻尼策略（Damping new edges）

一個節點與其他節點信任連接的權值與他們所加入網絡的時間成比例，防止節點過快地成為信任值最高的節點，分配規則如下：其中

4)PoT 有效區塊（Valid PoT block）

SKt 是節點vt的簽名， 是信任分區， 是 對應的難度等級，一個有效的PoT區塊滿足如下條件：

根據以上定義，總結PoT協議為，在每個周期 t開始時，假定網絡中所有節點都知道共識區塊鏈C的狀態，包括對上一個周期 t-1信任圖的信息。節點在t-1信任圖上執行信任算法，然后應用信任衰退機制，衰減最近奪得區塊記賬權的節點的信任。礦工找到PoW難題的答案，就將答案連通區塊 廣播到網絡中。如果這是一個有效的區塊，其他節點驗證后礦工將它附加到區塊鏈C上。如果是非有效的，那么回退到步驟3)，所有符合條件的節點繼續試圖找到難題的答案。

節點有可能同時監聽到多個有效的區塊，規定了此時接收最高信任節點發出的區塊作為結果值。此外，網絡延遲或連接網絡的動態特性，不同的節點接收到不同的區塊，此時會出現分叉現象，與PoW不同，采用信任最值得信賴的分支作為正確的主區塊鏈。

論文出處：Leila Bahri, Sarunas Girdzijauskas. Trust Mends Blockchains: Living up to Expectations, 2019 IEEE 39th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS)

3、兩種共識機制對比(PoW vs PoS)

區塊鏈中最核心的架構就是共識機制，可以說是區塊鏈的驅動引擎，發展這么多年，目前主流比較明確經得住考驗的就只剩下PoW(Proof of Work)與PoS(Proof of Stake)兩種機制。簡單概述下，PoW系統的特點是通過消耗大量算力來計算特定算法的解（典型如哈希），第一個算出結果的有權生成區塊，同時也會得到coin作為獎勵（這也是coin的生產與分發過程，形象地稱為Mining），采用PoW的典型區塊鏈有Bitcoin和Ethereum，目前PoW也是運行時間最長，被公認為是最可靠安全的共識機制； 其本質是通過消耗大量算力來實現系統內的逆熵過程，保證系統的長期安全與穩定 。但PoW被廣為詬病的也是其消耗太多的能源資源，這方面PoS就被認為是更為綠色的解決方案，顧名思義PoS是通過質押系統中的資產即coin來成為一個質押者（staker），這樣就有權產出區塊，質押份額越多，獲得產出區塊權的概率就越高，也代表著獎勵越多。

在分布式系統中有一個 CAP 定理，是指一個分布式系統中存在著三元悖論，即不可能同時滿足這三個特性：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分區容錯性 (Partition tolerance)，而只能滿足其中兩個。區塊鏈作為一種分布式網絡，這個定理也逐漸演變成了區塊鏈的三元悖論，即 安全性(Security) 、 去中心化(Decentralization) 和 可擴展性 (Scalability) ，也是同時只能滿足兩個特性。

整體上看PoW系統更注重的是 安全性(Security) 與 去中心化(Decentralization) ，放棄 可擴展性 (Scalability) ，這也是Bitcoin網絡的吞吐量非常慢的原因。而PoS系統更關注的是 可擴展性 (Scalability) 與 去中心化(Decentralization) ，但就PoS能否真的 實現 去中心化(Decentralization) ，我是比較持懷疑態度的。從保守主義與系統的更長期穩定的角度出發，我個人是堅定地站在PoW這邊的，可能跟自身保守的性格有關，并不是特別看好PoS作為基礎層能比較穩定。特別是像這次 5月份的Luna事件 ，事件大概的過程是Luna鏈上的算法穩定幣UST缺乏價值支撐最終脫錨，其核心問題在于UST的錨定設計試圖用一個PoS股權系統去支撐其錨定美元，而且還超發了太多UST，再加上UST與Luna的兌換設計缺陷最終導致Luna自身的死亡螺旋。但這個事件更大的意義應該是敲響了一個警鐘，PoS機制在面對空頭資本砸盤時真的還能維持穩定、維持所謂的去中心化嗎？可能到時節點數量萎縮的速度會很快，逐漸趨于中心化。

所有系統設計都需要根據自身定位來折中，以下從價值錨定的角度，簡單分析下為什么長期來看PoW會更有優勢。

在PoW系統中三股主要的參與者分別是研發人員，投資者（或者叫用戶）與Miner，這三者的相互制衡，使得這個系統達到一個穩定平衡的狀態。而PoS系統中，將Miner這個重要的制衡力量移除了，投資者和Miner變成了同一群體 質押者（stakers） ，因此該群體濫用權力的行為會變得相對不受限制，并且該鏈隨后的發展方向也可能會更加不平衡，更容易傾向有利于 質押者（stakers） 群體的方向。

PoW系統很好的闡述了什么是被普遍認可的價值，抽象上來看就是高代價的稀缺性 ，高代價與稀缺性兩者缺一不可。PoS最多只能實現其中一個稀缺性。

Miner為了在鏈上生產區塊賺取coin，不僅需要持續支付高額電力成本，還必須不斷投入研發、升級硬件、優化基礎設施和運營規模來保持其競爭力。最終結果是，能夠長期持續盈利的Miner并不會是一個一層不變的群體，而是總在競爭中淘汰掉效率太低的Miner，使高效率的Miner能存活下來。這也更有利于 去中心化(Decentralization) ，因為不斷變化的Miner群體意味著沒有一個Miner可以在相當長的時間內保持網絡的大部分算力，除非他們通過嚴酷的競爭考驗，不斷優化自身來提供更多的算力。

而PoS系統中的質押者實際上并多少真正的風險投入，也沒有優勝劣汰的嚴酷競爭機制，他們只需要簡單地運行一個staker節點就可以躺著賺利息，本質上只是將自己在銀行系統里的錢簡單的轉化為鏈上資本，就可以坐地收割后進入這個系統的新人。這種行為并沒有太多難度，只是簡單地賺取“無風險”利息，他們并沒有將資本轉化為任何形式的需要面臨風險考驗的投資。

而且當發生硬分叉時，PoW的Miner選擇支持哪條鏈時會更為謹慎，因為他們需要投入高昂的電力成本來為他們的選擇背書，一旦選錯了將損失所有投入成本。PoS系統如果發生硬分叉，質押的coin作為系統內部狀態的一部分，硬分叉后質押者將在兩條不同鏈上都擁有相同數量的資產，由于沒有什么沉默成本，導致質押者更愿意兩邊都支持，從而使硬分叉更容易且更頻繁地出現，這被稱為 nothing at stake 問題。

PoW是真正能做到無準入限制的(Permissionless)，就是說已經在這個系統中的老人無法限制新人加入，只要你有能力提供算力，就能直接接入網絡中產出coin。而PoS系統中，新人要進入，都不得不先從老人手中買coin。

而且PoW中Miner為了支付各種高昂成本（電力，設備，基礎設施等），產出coin后也不得不賣出一些以彌補成本，這同時也是一種把coin分發給更多人的過程； 特別是在熊市，Miner為了維持開銷也不得不低價賤賣coin，這樣新人才有機會以相對低的成本獲得籌碼入場，這才是一個健康的生態擴張過程 。而PoS中由于質押者并沒有什么運行成本，也不需要面對太多競爭，質押者出塊得到coin后不需要急著賣出，更容易哄抬價格，其實會變相激勵場內老人剝削新入場者，不給后來人更多機會；整個系統會趨向于更封閉，逐漸演變成一個有限游戲，長期運行下去只會越來越中心化；系統中財富越來越集中，富者更富，窮者更窮，從而更不可能實現 去中心化(Decentralization) 。

由于PoW系統中是以提供工作量的方式產出區塊的，隨著時間的推移這些工作量都會被累積起來并使鏈不斷向前延伸，這也是為什么叫區塊鏈；這些累積的工作量也給攻擊者造成了巨大障礙，如果想要反轉整條鏈，不僅需要非常高的算力，還需要相當長的時間，這也為應對攻擊提供了足夠長的時間緩沖。

而PoS系統其實只是維護一個分布式賬本， 并沒有工作量累積的概念，一旦攻擊成功，要反轉整條鏈就是相當容易的，幾分鐘就可以搞定。

嚴格來說由PoW算力支撐的BTC不應歸為高科技類，由于它整個系統架構更保守更穩定，提供的更多的是一種 物化價值(objective costliness) ，更能作為價值之錨，所以數字黃金這個稱號很貼切。而像ETH（目前還是PoW，2.0升級后為PoS）這些更接近科技類創新平臺，PoS本質上更像是一種股權系統，其實PoS系統反而是需要中心化，偏向更依靠整個社區的生命力，需要依靠核心團隊的創新與開拓能力往前走；而PoW則需要去中心化，更偏向穩定與提供 物化價值(objective costliness) 。

區塊鏈作為一個價值分配系統， 算力是它的價值之錨，如果沒有算力，就會退化為一個股權系統 。算力在哪，資金就會跟去哪。目前的發展趨勢也是逐漸往多層網絡的方向發展，類似TCP/IP的多層協議棧。從作為基礎層(Base Layer)的角度看，更需要的是長期穩定與提供價值支撐，因此PoW系統更合適；而PoS可能更多的是可以作為Layer2以實現 可擴展性 (Scalability) ，彌補PoW基礎層的吞吐量不足，并通過錨定在PoW基礎層上來獲取算力安全性與價值支撐。

最后順帶說下最近市場行情，5,6月份以來的瀑布令很多人很恐慌，恐慌指數一度長時間停留在個位數；其實我覺得也沒必要那么恐慌，要在這個圈子長期活下去，面對這種大波動的心理預期還是要有的。想起之前紅杉資本的沈南鵬經常提到一個詞Grit，沙礫，它是礫石在千萬次打磨后留下來的細小顆粒；Grit代表了勇氣和持之以恒的一種堅持，有種經常被按地上摩擦但依然勇往直前的感覺。這個和塔勒布講的反脆弱性有異曲同工之妙，承載價值的東西就應該具有這種品質，PoW系統肯定是有反脆弱性的。

回望2017年入圈后經歷過的各種事件，其實像這樣的大波動近乎每年都有（除了2019年一年比較順利外）；像2017年國內的94事件，2018年一整年的大熊市，2020的312事件，2021的519事件，再到2022今年的5,6月份市場轉熊，每次經歷大波動后，市場都會淘汰掉該淘汰的，出清掉該出清的風險，對整個行業發展也是好事。眼光還是應該放遠一點，至少看5到10年后的變化，科技發展過程中所帶來的波動和風險是不可避免的，日光之下無新鮮事，每次科技革命過程中總會夾雜著眾多的反對、質疑，還有眾多的投機、騙局；這個過程也總是通過各種暴雷、回歸，清除泡沫后價值重估，夯實了基礎后積蓄能量再次進入躍升到新的發展階段。 價值互聯網的到來是一件無法回避的事情 ，當理解和看清了這種趨勢后，規避掉各種坑和市場噪音，遠離合約杠桿和各種山寨的誘惑，握住核心資產，時間本身就會帶來回報。

4、區塊鏈共識算法――(二)PoS共識(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數 字 貨 幣 愛 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權益證明 PoS 共識算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發布的點點幣 (Peercoin, PPC) 中首次實現. PoS 由 系統中具有最高權益而非最高算力的節點獲得記賬 權, 其中權益體現為節點對特定數量貨幣的所有權, 稱為幣齡或幣天數 (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費資源而提出的，簡單來說就是 誰的權益大，誰說了算 。

PoS共識機制（Proof of Stake 權益證明）通過權益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費、節點一致性等問題。

各個節點需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗證節點（權益提高），系統通過算法在其中選擇一部分作為出塊節點（礦工），每隔一段時間重新選擇，算法會保證完全隨機，不可被操控。只有出塊節點才能進行數據處理，爭奪記賬權。

權益主要由權益因子決定，可以是持幣數量，也可以是幣齡及兩者的結合。

以太坊在之后很有可能會改用PoS進行共識，其更加符合以太坊高效率的特點。

5、區塊鏈常見的三大共識機制

區塊鏈是建立在P2P網絡，由節點參與的分布式賬本系統，最大的特點是“去中心化”。也就是說在區塊鏈系統中，用戶與用戶之間、用戶與機構之間、機構與機構之間，無需建立彼此之間的信任，只需依靠區塊鏈協議系統就能實現交易。

可是，要如何保證賬本的準確性，權威性，以及可靠性？區塊鏈網絡上的節點為什么要參與記賬？節點如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節點間的數據一致性？……這些都是區塊鏈在建立“去中心化”交易時需要解決的問題，由此產生了共識機制。

所謂“共識機制”，就是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；當出現意見不一致時，在沒有中心控制的情況下，若干個節點參與決策達成共識，即在互相沒有信任基礎的個體之間如何建立信任關系。

區塊鏈技術正是運用一套基于共識的數學算法，在機器之間建立“信任”網絡，從而通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造。

不同的區塊鏈種類需要不同的共識算法來確保區塊鏈上最后的區塊能夠在任何時候都反應出全網的狀態。

目前為止，區塊鏈共識機制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權證明、DPOS授權股權證明、Paxos、PBFT（實用拜占庭容錯算法）、dBFT、DAG（有向無環圖）

接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應用場景

概念：

工作量證明機制（Proof of work ），最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作，通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量。

工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出，并通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。

應用：

POW最著名的應用當屬比特幣。在比特幣網絡中，在Block的生成過程中，礦工需要解決復雜的密碼數學難題，尋找到一個符合要求的Block Hash由N個前導零構成，零的個數取決于網絡的難度值。這期間需要經過大量嘗試計算（工作量），計算時間取決于機器的哈希運算速度。

而尋找合理hash是一個概率事件，當節點擁有占全網n%的算力時，該節點即有n/100的概率找到Block Hash。在節點成功找到滿足的Hash值之后，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網絡的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證。

如果驗證通過，則表明已經有節點成功解迷，自己就不再競爭當前區塊，而是選擇接受這個區塊，記錄到自己的賬本中，然后進行下一個區塊的競爭猜謎。網絡中只有最快解謎的區塊，才會添加的賬本中，其他的節點進行復制，以此保證了整個賬本的唯一性。

假如節點有任何的作弊行為，都會導致網絡的節點驗證不通過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自愿的遵守比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。

優缺點

優點：結果能被快速驗證，系統承擔的節點量大，作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。

缺點：需要消耗大量的算法，達成共識的周期較長

概念：

權益證明機制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權。

權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。

應用：

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin（點點幣），是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。PPC最大創新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機制發行新幣，采用權益證明機制維護網絡安全。

為了實現POS，Sunny King借鑒于中本聰的Coinbase，專門設計了一種特殊類型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時間段，假如你擁有10個幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣，幣齡被消耗（銷毀）了。

優缺點：

優點：縮短達成共識所需的時間，比工作量證明更加節約能源。

缺點：本質上仍然需要網絡中的節點進行挖礦運算，轉賬真實性較難保證

概念：

授權股權證明機制（Delegated Proof of Stake），與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權股權證明在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。基于DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴于一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。

同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

應用：

比特股（Bitshare）是一類采用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念，見證人可以生成區塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。

見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然后隨機排列，每個見證人按序有2秒的權限時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成權限交給下一個時間片對應的見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達成共識，他們投票選出的N個見證人，可以視為N個礦池，而這N個礦池彼此的權利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人（礦池），只要他們提供的算力不穩定，計算機宕機，或者試圖利用手中的權力作惡。

優缺點：

優點：縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證

缺點：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時節點代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時整個共識機制還是依賴于代幣的增發來維持代理節點的穩定性。

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