區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的發(fā)展歷程是怎樣的

共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈至關(guān)重要的組成部分，它提供了一種無(wú)黨派的方式來(lái)建立關(guān)于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)的協(xié)議。但自從比特幣在2008年出現(xiàn)以來(lái)，它最初的共識(shí)機(jī)制——工作量證明（PoW）——已經(jīng)被模仿和迭代，為一系列具有自身獨(dú)特特征的替代算法鋪平了道路。

從工作量證明到一切證明

鑒于比特幣的成功，不足為奇的是它的協(xié)議應(yīng)該吸引了模仿者，其中一些人試圖對(duì)其進(jìn)行完善，而另一些人則對(duì)其進(jìn)行了全面改革。然而，具有諷刺意味的是，在共識(shí)機(jī)制方面缺乏共識(shí)。

哪個(gè)選項(xiàng)是最穩(wěn)定，最有效的解決方案？這取決于你問(wèn)誰(shuí)。要了解某些主要算法之間的主要區(qū)別，讓我們依次仔細(xì)細(xì)數(shù)一下它們。

工作量證明是比特幣最初使用的共識(shí)機(jī)制，后來(lái)在以太坊，萊特幣和狗狗幣等貨幣上實(shí)施。PoW涉及每秒執(zhí)行數(shù)千次計(jì)算，以找到難以解決但易于驗(yàn)證的數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決方案。工作量證明系統(tǒng)通過(guò)為每個(gè)發(fā)現(xiàn)的新區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)硬幣來(lái)激勵(lì)礦工。

盡管PoW仍然是極其公平和安全的共識(shí)機(jī)制，但多年來(lái)一直受到批評(píng)。例如，它對(duì)能源和資源的高要求已經(jīng)得到了很多：礦工在同行面前解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題所需的計(jì)算能力是巨大的。

批評(píng)者沒(méi)有注意到這是一個(gè)功能而不是一個(gè)錯(cuò)誤的事實(shí)：作弊工作證明的難度在于使它如此強(qiáng)大的原因，以及為什么比特幣網(wǎng)絡(luò)如此有價(jià)值。即使是資金最雄厚的對(duì)手，也將難以獲得控制網(wǎng)絡(luò)和使硬幣倍增消費(fèi)所需的哈希能力。

權(quán)益證明和委托權(quán)益證明

權(quán)益證明是一種更環(huán)保的選擇，對(duì)持有更多原生加密貨幣的持有者來(lái)說(shuō)，開采新區(qū)塊變得更加容易。邏輯很明確：如果您持有更多令牌，那么在網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期成功中您將擁有最高的賭注。

權(quán)益證明將為即將到來(lái)的以太坊2.0升級(jí)提供動(dòng)力，該升級(jí)計(jì)劃于2020年第一季度上線，一切進(jìn)展順利。但是，與PoW一樣，PoS也并非沒(méi)有批評(píng)者。一些人認(rèn)為，富裕的硬幣持有者更有可能鑄造硬幣，導(dǎo)致集權(quán)化，而另一些人則對(duì)它引入的新攻擊媒介（包括西比爾攻擊）表示震驚。

委托權(quán)益證明（DPoS）再次有所不同，用戶可以將硬幣投幣，以民主地“選舉”代表，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上生產(chǎn)區(qū)塊并維護(hù)共識(shí)規(guī)則。如果這些可信賴的證人未能履行職責(zé)，他們可以像政客一樣被選出。

DPoS算法由Dan Larimer于2014年構(gòu)思，并在EOS，Tron，Bitshares等平臺(tái)上實(shí)施，其每秒處理的交易量（TPS）比其前輩更多-但是存在缺點(diǎn)。盡管該協(xié)議耗能較少，但由于集中在持有者的一小部分手中，因此傾向于集中化。

歷史證明

歷史證明（PoH）是Solana的創(chuàng)建，Solana是高吞吐量區(qū)塊鏈，于2018年啟動(dòng)，并獲得了Multicoin Capital領(lǐng)導(dǎo)的2000萬(wàn)美元融資。歷史證明使網(wǎng)絡(luò)參與者可以通過(guò)使用可驗(yàn)證的延遲功能在時(shí)間上達(dá)成共識(shí)，從而避免了“最長(zhǎng)鏈”規(guī)則。

PoH是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘，而TowerBFT是其守望臺(tái)，其任務(wù)是防止惡意行為者欺騙時(shí)間參數(shù)。對(duì)某個(gè)區(qū)塊進(jìn)行投票的任何驗(yàn)證者都必須等待下一個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生，并從歷史證明中獲得“時(shí)間已經(jīng)過(guò)去”的確認(rèn)，然后才能再次投票。

使用Solana，利益證明可以確定網(wǎng)絡(luò)規(guī)則，這些規(guī)則將在PoH，TBFT和驗(yàn)證程序的幫助下實(shí)施。盡管Solana打算將PoH與本機(jī)區(qū)塊鏈中的股權(quán)證明一起使用，但歷史證明具有更廣泛的應(yīng)用。例如，它可以部署在工作量證明鏈上，以提高現(xiàn)有共識(shí)機(jī)制的準(zhǔn)確性。

授權(quán)證明

授權(quán)證明（PoA）是一種共識(shí)機(jī)制，可以以分散權(quán)衡為代價(jià)實(shí)現(xiàn)更快的交易吞吐量。通過(guò)授權(quán)證明，授權(quán)的驗(yàn)證者將承擔(dān)驗(yàn)證塊的任務(wù)。由于PoA是基于信譽(yù)的，因此驗(yàn)證者有動(dòng)機(jī)采取道德行動(dòng)，避免聲譽(yù)受損，這可能導(dǎo)致他們被替換。

以太坊快遞是一個(gè)使用授權(quán)證明的項(xiàng)目，聲稱在涉及Mining Express和一家業(yè)務(wù)模式需要大量鏈上交易的賭博公司的測(cè)試中，每區(qū)塊已完成1，000筆交易，每秒網(wǎng)絡(luò)容量為200筆交易（TPS） 。

以太坊Express的目標(biāo)是吸引因瓶頸而阻礙其發(fā)展的企業(yè)。

燃燒證明

燃燒證明機(jī)制是Iain Stewart的創(chuàng)造，它鼓勵(lì)用戶燃燒（或使它們永遠(yuǎn)無(wú)法使用）開采的硬幣。作為回報(bào)，他們有權(quán)根據(jù)被銷毀的硬幣比例增加積木。想法是，燃燒自己的加密貨幣的用戶愿意接受短期損失，從而對(duì)硬幣表現(xiàn)出長(zhǎng)期的承諾。換句話說(shuō)，要投資。

PoB通常被稱為PoW，沒(méi)有能源浪費(fèi)，不需要高級(jí)采礦硬件或計(jì)算資源。

實(shí)用的拜占庭容錯(cuò)

PBFT模型是建立在工作量證明基礎(chǔ)之上的另一種共識(shí)機(jī)制。

當(dāng)然，在應(yīng)用中它是完全不同的–不管您信不信，這個(gè)概念本身比PoW早了十年。在20世紀(jì)90年代后期構(gòu)想，旨在抵御惡意節(jié)點(diǎn)破壞網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，使用PBFT進(jìn)行集中化的風(fēng)險(xiǎn)很低（沒(méi)有像PoW這樣的挖礦池，沒(méi)有像PoS這樣的主要利益相關(guān)者相互勾結(jié)），并且信任與資產(chǎn)所有權(quán)完全脫鉤了。PBFT系統(tǒng)的工作原理是，惡意節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)量不得大于或等于系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的三分之一。隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，系統(tǒng)變得更加安全。

PBFT的變體目前由Hyperledger，Stellar和Ripple等使用。

沒(méi)有簡(jiǎn)單的選擇

當(dāng)然，上述機(jī)制不是唯一可用的機(jī)制。我們可以查看身份證明，經(jīng)過(guò)時(shí)間證明和重要性證明，所有這些都已部署在各種區(qū)塊鏈上。在某種程度上，每個(gè)人都致力于解決PoS或PoW等系統(tǒng)中的缺陷。

例如，經(jīng)過(guò)時(shí)間證明可確定采礦權(quán)并根據(jù)公平彩票系統(tǒng)阻止贏家。在此協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能獲勝。它是由硅谷芯片制造商英特爾于2016年發(fā)明的，通常用于許可的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

永恒的PoW與PoS辯論

除了工作量證明之外，此處描述的所有共識(shí)機(jī)制都是針對(duì)權(quán)益證明而設(shè)計(jì)的。有些，例如歷史證明，也可以應(yīng)用于PoW，但它也主要用于PoS。因此，關(guān)于哪種方法最好的爭(zhēng)論基本上歸結(jié)于PoW與PoS系列。因?yàn)槊總€(gè)人都在爭(zhēng)斗中，所以可以說(shuō)，PoW和PoS營(yíng)地是截然相反的。

在以太坊長(zhǎng)期計(jì)劃過(guò)渡到PoW / PoS混合模型的激烈爭(zhēng)論中，最好地看到了這種現(xiàn)象。Conflux創(chuàng)始人Long Fan博士堅(jiān)持認(rèn)為：“基于PoW的協(xié)議是迄今為止最成熟，最成功的模型?！?“畢竟，區(qū)塊鏈從根本上提供的是信任。安全和權(quán)力下放是一開始建立信任的關(guān)鍵。PoS在安全性和分散性方面存在許多問(wèn)題?！?/p>

Bittorrent創(chuàng)作者Bram Cohen同意。在11月24日的一次推特風(fēng)暴中，他瞄準(zhǔn)了Vitalik Buterin的以太坊計(jì)劃，并宣稱“股權(quán)證明仍然是一個(gè)壞主意。它首先要從根本上削弱安全模型開始，然后會(huì)遇到很多深層次的技術(shù)問(wèn)題?！睉?yīng)該指出的是，科恩有自己的加密貨幣項(xiàng)目來(lái)推動(dòng)Chia，Chia使用了另一種算法，即空間證明。，它依賴于驗(yàn)證者證明他們有可用的磁盤空間。

與讓支持者就哪種共識(shí)機(jī)制最好達(dá)成共識(shí)相比，讓區(qū)塊鏈驗(yàn)證者達(dá)成共識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。