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什么是共识机制?

什么是共识机制?

发布时间:2020.04.21

简单来说,区块链的共识跟我们日常说的共识类似,就是在一个群体中就某个问题达成共识,一致同意采取某种策略来解决这个问题。例如说,我们在学校用投票选举的方式选班长,最终选定的班长人选是大家共识,而整个投票选举的过程和方法论,就是一种共识机制

 

区块链由于点对点网络下存在较高的网络延迟,各个节点所观察到的事务先后顺序不可能完全一致。因此区块链系统需要设计一种机制对在差不多时间内发生的事务的先后顺序进行共识,这种对一段时间内事务的先后顺序达成共识的算法被称为“共识机制”

 

对区块链而言,共识机制的存在让分布式网络的一致性问题迎刃而解。在区块链中存在着大量的分布式节点,要想达成信任关系并保持对外响应的“一致性”,就好比训练全校学生跳出整齐划一的广播体操,如何保障整体一致性和持续性,往往需要通过共识算法来达成。

 

随着区块链的发展,共识机制也在不断的发展演变。目前,较为主流的算法有PoW、PoS、DPoS、PBFT等,但在实际使用时,每种算法都有各自的优点和缺点。

 

工作量证明/ PoW

PoW简单理解就是一份证明,用来确认节点做过一定量的工作。类似大家共同去解答同一个题目,先计算出来的人就拥有了记账权,并可以获得相应的报酬。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式,比特币在生成就采用了PoW 机制。PoW机制的优点在于完全的去中心化,节点(用户)之间实现了公平竞争,但缺点也非常明显,浪费能源和效率低下。

 

权益证明/PoS  及 权益授权证明/DPoS

PoS 也称权益证明机制,类似于把资产存在银行里,系统会根据持数字资产的数量和时间的乘积选出记账节点并分配相应的权益。如果说PoW主要比拼算力,算力越大,挖到一个块的概率越大;PoS则是比拼余额,通俗说就是自己的手里的币越多,挖到一个块的概率越大。以太坊采用的就是PoS机制。虽然PoS有着降低能耗,达成共识速度快等优点,但也存在着容易趋于集中化、流动性差等不足。

DPoS是基于PoS发展而来,类似董事会的授权共识机制,该机制让每一个持币人对整个系统的节点进行投票,决定哪些节点可以被信任并代理他们进行验证和记账,同时生成少量的对应奖励。总结来说,DPoS机制大幅提高区块链的处理能力,并降低区块链的维护成本。

 

瑞波共识机制/ Ripple Consensus
瑞波共识算法使一组节点能够基于特殊节点列表达成共识,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。共识遵循核心成员 51% 权力规则,外部人员则没有影响力。

 

拜占庭容错/BFT  及 实用拜占庭容错/ PBFT

提到BFT技术,就不得不提拜占庭将军问题。拜占庭将军问题是由Leslie Lamport等人在1982年提出,被称为The Byzantine Generals Problem或者Byzantine Failure。核心描述是军中可能有叛徒,却要保证进攻一致,由此引申到计算领域,发展成了一种容错理论。关于这里的故事,我们单独约一期细细讲~

简略来说,拜占庭容错(BFT)是能够抵抗拜占庭将军问题导致的一系列失利的系统特点。这意味着即使某些节点出现缺点或恶意行为,拜占庭容错系统也能够继续运转。而PBFT共识机制是少数服从多数,根据信息在分布式网络中节点间互相交换后各节点列出所有得到的信息,一个节点代表一票,选择大多数的结果作为解决办法。PBFT 将容错量控制在全部节点数的 1/3,即如只要有超过 2/3 的正常节点,整个系统便可正常运作。



 

从上述介绍可以看出,区块链的共识机制都存在着“不可得三角”,无法同时兼顾扩展性(Scalability)、安全性(Security)、去中心(Decentralization)这三项要求。但想要发挥出区块链技术更大的潜能,突破技术瓶颈找到更优秀的共识机制,仍然是众多区块链从业者重点探索的方向之一。

 

xPoA算法是在PoS机制的基础上,引入了基于可验证随机函数的随机选择共识节点方法和BFT共识,保证共识算法的安全性和一致性,是在区块链底层技术研发领域的技术演进创新贡献。

 

xPoA共识算法由能链科技历时2年半时间,独立自主研发,实现了去中心化、安全和性能的有效平衡。

 

基于自主创新研发的共识算法,能链科技在部署了近百个储备节点的区块链底层基础设施DTFN中,通过BLS签名的真随机数,在出块时,随机数选出一部记账分节点,在BFT共识引擎上形成共识,完成出块。整个过程,每次随机挑选节点可解决安全和公平的问题,同时实现更高效率。(点击下方阅读原文可了解更多xPoA共识算法)

 

未来能链科技将持续探索共识机制的更多可能,促进区块链真正满足大规模商业场景落地的需要,构建美好纷繁的数字未来。

 

须知纷繁多样,才是幸福的本源。——罗素