數(shù)字貨幣共識(shí)算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

在每一個(gè)偉大的數(shù)字貨幣背后，都有一個(gè)很好的共識(shí)算法。沒有一種共識(shí)算法是完美的，但它們都有各自的優(yōu)點(diǎn)。在密碼術(shù)的世界里，存在著防止雙倍支出的共識(shí)算法。這里有一個(gè)到目前為止最流行的一些算法的快速概述，從區(qū)塊鏈到DAG和所有介于兩者之間的東西。

工作量證明（PoW）

流行的實(shí)現(xiàn)方式：比特幣、Ethereum、Litecoin、Dogecoin（大多數(shù)比特幣）

優(yōu)點(diǎn)：我們知道它是有效的

缺點(diǎn)：緩慢的吞吐量;

工作證明是第一個(gè)區(qū)塊鏈共識(shí)算法。由中本聰（Satoshi Nakamoto）設(shè)計(jì)，用于比特幣區(qū)塊鏈。我們要感謝全球范圍內(nèi)的大規(guī)模采礦作業(yè)和電力消耗。我們知道它是可行的（對于許多其他的共識(shí)算法，我們可以說它是可行的），但在游戲的這個(gè)階段，它開始被視為一種遺留技術(shù)。甚至以太坊也在從PoW遷移到更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)的PoS。有了這么多新的替代方案，很難理解為什么新的區(qū)塊鏈會(huì)還會(huì)使用PoW。
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在POW中，礦工們通過解決一些困難的、無用的問題來制造塊。PoW運(yùn)行在“最長鏈獲勝”的系統(tǒng)上?！耙虼?，假設(shè)大多數(shù)礦商都在同一條鏈上工作，那么增長最快的那條鏈將是最長、最值得信賴的?！币虼?，只要礦商投入的工作中有50%以上是誠實(shí)的，比特幣就是安全的。

權(quán)益證明（PoS）

一些常用的實(shí)現(xiàn)： Decred、Ethereum、Peercoin

優(yōu)點(diǎn)： 攻擊更昂貴;更多的分散

缺點(diǎn)： 沒有什么利害關(guān)系

在PoS中，塊不是由正在工作的礦工創(chuàng)建的，而是由礦工用他們的代幣“打賭”哪些塊是有效的。在使用分叉的情況下，鑄造者使用代幣投票來支持某個(gè)分叉。假設(shè)大多數(shù)人都在正確的分叉上投票，那么在錯(cuò)誤的分叉上投票的驗(yàn)證器就會(huì)在正確的分叉上“失去他們的利益”。

權(quán)益證明的常見論點(diǎn)是利益無關(guān)問題。令人擔(dān)憂的是，由于與PoW不同，驗(yàn)證器幾乎不需要計(jì)算能力來支持一個(gè)分叉，所以驗(yàn)證器可以為發(fā)生的每個(gè)分叉的兩邊投票。這樣一來，在PoS的分叉可能會(huì)比POW的分叉普遍得多，一些人擔(dān)心這會(huì)損害貨幣的信譽(yù)。

委托權(quán)益關(guān)系證明 （DPoS）

流行的實(shí)現(xiàn)： Steemit， EOS， bitshare

優(yōu)點(diǎn)： 廉價(jià)的交易;可伸縮性的;

缺點(diǎn)： 部分集中

DPoS是Daniel Larimer的產(chǎn)物，實(shí)際上和PoS有很大的不同。在DPoS中，代幣擁有者并不會(huì)投票給塊本身，而是投票給選舉人來代表他們進(jìn)行驗(yàn)證。DPoS系統(tǒng)中一般有21-100名當(dāng)選代表。代表們定期洗牌，并接到命令，要把他們的塊送進(jìn)去。只有少量的委托允許它們有效地組織自己，并為每個(gè)委托創(chuàng)建指定的時(shí)間間隔來發(fā)布它們的塊。如果委托持續(xù)丟失它們的塊或發(fā)布無效的事務(wù)，賭注就會(huì)將它們的投票排除，并使用更好的委托替換它們。

在DPoS中，采礦者可以協(xié)作生成塊，而不是像在PoW和PoS中那樣進(jìn)行競爭。通過部分集中化塊的創(chuàng)建，DPoS能夠比大多數(shù)其他共識(shí)算法運(yùn)行速度快幾個(gè)數(shù)量級。EOS設(shè)置為第一個(gè)塊乘以《 1秒的區(qū)塊鏈！比比特幣的10分鐘阻塞時(shí)間快一點(diǎn)。

權(quán)威證明（PoA）

流行的實(shí)現(xiàn)： POA.Network， Ethereum Kovan testnet

優(yōu)點(diǎn)： 高吞吐量;可伸縮性的

缺點(diǎn)： 集中系統(tǒng)

PoA是一種共識(shí)算法，其中事務(wù)由經(jīng)過批準(zhǔn)的帳戶驗(yàn)證，有點(diǎn)像系統(tǒng)的“管理員”。這些帳戶是其他節(jié)點(diǎn)從其接收真相的權(quán)威。PoA具有較高的吞吐量，并針對私有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。由于PoA的集中性，您不太可能看到它在公共區(qū)塊鏈上運(yùn)行。

權(quán)重證明（PoWeight）

流行的實(shí)現(xiàn)： Algorand、Filecoin、Chia

優(yōu)點(diǎn)： 可定制;可伸縮性的

缺點(diǎn)： 激勵(lì)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)

PoWeight是一種廣泛分類的協(xié)商共識(shí)算法。一般的想法是，在PoS系統(tǒng)中，您在網(wǎng)絡(luò)中擁有代幣的百分比代表您“發(fā)現(xiàn)”下一個(gè)塊的概率，在PoWeight系統(tǒng)中，可以使用其他一些相對加權(quán)的值。具體示例：Filecoin的PoWeight是根據(jù)您存儲(chǔ)的IPFS數(shù)據(jù)的多少來確定的。其他系統(tǒng)可能包括一些權(quán)重，比如聲譽(yù)證明。

拜占庭式容錯(cuò)（BFT）

流行的實(shí)現(xiàn)： Hyperledger， Stellar， Dispatch和 Ripple

優(yōu)點(diǎn)： 高吞吐量;低成本;可伸縮的

缺點(diǎn)： 半信任

這個(gè)經(jīng)典問題是分布式計(jì)算，通常用拜占庭將軍來解釋。問題是幾個(gè)拜占庭將軍和他們各自所在的拜占庭軍隊(duì)包圍了一座城市。他們必須一致決定是否進(jìn)攻。如果一些將軍沒有攻擊其他將軍，他們的圍攻將以悲劇告終。將軍們通常隔著一段距離，必須傳遞信息進(jìn)行溝通。一些加密貨幣協(xié)議使用一些版本的BFT來達(dá)成共識(shí)，每個(gè)協(xié)議都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

實(shí)用拜占庭式容錯(cuò)（PBFT）：最早解決這個(gè)問題的方法之一就是發(fā)明實(shí)用拜占庭式容錯(cuò)。優(yōu)點(diǎn)：高事務(wù)吞吐量。缺點(diǎn)：集中。

聯(lián)邦拜占庭協(xié)議（FBA）： FBA是另一種解決拜占庭將軍問題的方法，類似于Stellar和Ripple。一般的想法是，每一個(gè)拜占庭將軍，對他們自己的鎖鏈負(fù)責(zé)，在他們進(jìn)來建立真理時(shí)，對信息進(jìn)行分類。在Ripple基金會(huì)中，將軍（驗(yàn)證器）是預(yù)先選定的。在Stellar系統(tǒng)中，任何人都可以是驗(yàn)證程序，您可以選擇信任哪個(gè)驗(yàn)證程序。

由于其驚人的吞吐量、低事務(wù)成本和網(wǎng)絡(luò)可伸縮性，我相信FBA類的協(xié)商共識(shí)算法是我們發(fā)現(xiàn)的用于分布式協(xié)商共識(shí)的最佳算法。

定向無環(huán)圖（DAG）

流行的實(shí)現(xiàn)： Iota， Hashgraph， Raiblocks/Nano

優(yōu)點(diǎn)： 網(wǎng)絡(luò)可伸縮性;低成本

缺點(diǎn)： 取決于實(shí)現(xiàn)

DAG現(xiàn)在比Vitalik的Tinder更火。DAG是一種共識(shí)形式，它不使用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要異步處理事務(wù)。從理論上講，big pro是每秒無限次的交易，但與其他共識(shí)一樣，DAG也有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

Tangle： Tangle是Iota使用的DAG共識(shí)算法。為了發(fā)送Iota事務(wù)，您需要驗(yàn)證接收到的前兩個(gè)事務(wù)。隨著越來越多的交易被添加到混亂之中，“一賠二、一付一”的共識(shí)增強(qiáng)了交易的有效性。因?yàn)楣沧R(shí)是由事務(wù)建立的，理論上，如果有人能產(chǎn)生1/3的事務(wù)他們就能說服網(wǎng)絡(luò)的其他部分。除非有足夠的事務(wù)量，以至于無法創(chuàng)建三分之一的事務(wù)量，否則Iota就是在一個(gè)名為“協(xié)調(diào)器”的集中節(jié)點(diǎn)上“重復(fù)檢查”所有網(wǎng)絡(luò)事務(wù)。Iota說，協(xié)調(diào)員就像系統(tǒng)的輔助輪，一旦纏結(jié)足夠大，就會(huì)被移除。

Hashgraph： Hashgraph是由Leemon Baird開發(fā)的一個(gè)八卦協(xié)議共識(shí)。節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地與其他節(jié)點(diǎn)共享它們已知的事務(wù)，因此最終所有的事務(wù)都被散布到所有節(jié)點(diǎn)。Hashgraph非?？欤棵氤^250，000個(gè)事務(wù)），但是不能抵抗Sybil攻擊。所以Hashgraph對于私有網(wǎng)絡(luò)來說是一個(gè)很好的選擇，但是你不會(huì)很快看到它在公共網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，比如Ethereum或者Dispatch。

Block-lattice： Nano（以前稱為Raiblocks）在區(qū)塊鏈上運(yùn)行時(shí)帶有一個(gè)稱為Block-latTIce的扭轉(zhuǎn)。Block-latTIce是一個(gè)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)用戶（地址）都擁有自己只能寫入的鏈，每個(gè)人都擁有所有鏈的副本。每個(gè)事務(wù)都被分解為發(fā)送方鏈上的發(fā)送塊和接收方鏈上的接收塊。塊似乎太簡單而不能工作，但它已經(jīng)在野外運(yùn)行了。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)確實(shí)讓塊向一些獨(dú)特的攻擊向量開放，比如Penny-spend攻擊，攻擊者通過向大量的空錢包發(fā)送微不足道的數(shù)據(jù)來增加節(jié)點(diǎn)必須跟蹤的鏈的數(shù)量。

工作證明事件的序列化： 通過確認(rèn)交易

Recursive ElecTIons （更廣為人知的名稱是SPECTRE）是一種提議的比特幣可伸縮性解決方案，它利用PoW和DAG的組合來達(dá)成可伸縮的共識(shí)。在SPECTRE中，塊被挖掘指向多個(gè)父節(jié)點(diǎn)，而不僅僅是一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，因此網(wǎng)絡(luò)可能每秒處理多個(gè)塊。挖掘指向某些父塊支持這些塊的有效性。與PoW的“最長鏈的勝利”相比，SPECTRE使用了類似“最多塊勝利”這樣的東西。SPECTRE還沒有經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)，新的攻擊載體可能會(huì)出現(xiàn)，但它似乎是修復(fù)比特幣的一種非常聰明的潛在方式。