區塊鏈的共識機制，已有無數的文章分析過了，本文的目的，不在於對各種共識機制的原理做多麼深入的解讀，而是主要從時間線角度，梳理比特幣第一個十年間，共識機制的發展歷程。
一、為何需要共識機制：維護一致性
區塊鏈作為一個分散式賬本，即意味著每一個節點都能夠驗證交易，而面對的物件當然應該是具有一致性的賬本，才不會導致相互間的衝突，共識機制就是為了解決這個“一致性”的問題。
在區塊鏈中，各節點發生的交易都將被記入這個賬本，形式則是把新賬記錄打包成一個區塊，該區塊加上了時間戳，經過了加密，將被附加在最新的區塊之後，以此形成一個鏈式資料結構。
這麼一個資料賬本，本身不提供去中心化，只有加入了去中心化的共識機制，這個系統才能做到去中心化。簡單來說，就是在這個賬本中，誰來記賬就成為了一個問題，記賬權的分配應該是去中心化的。共識機制就是為了解決這個記賬權的問題而出現的。
說白了，共識機制就是一個群體決策的問題：一群人要如何做出對所有人都最有利的決定，而且這個決定要對所有人都公平。
可以拿選舉、投票來作類比。比如英國脫歐，當時是採用了全民公投的方式進行，當同意脫歐的人數達到了一定比例，那麼就選擇脫歐。而在英國的議會，議員們代表著把自身選上來的選民的意志，他們作為代理人在議院行使表決權，做出對整個國家（整個社羣）最有利的決定。區塊鏈中，PoW機制即類似全民公投，DPoS就有點像代議制。
每種共識機制，都要設計好程式，使之能夠把這套規則在區塊鏈中執行下去。而作為一種設計，自然會有其優缺點，某個區塊鏈採用哪種共識機制，是按照自己的理念，適應自身需要，在一開始就決定的。當然，一種共識機制，在最初可能難以預見後續會出現什麼問題，其優缺點需要在時間中得到檢驗。例如比特幣採用的PoW共識機制就具有耗能高與礦池導致算力中心化的缺陷，目前以太坊正打算從PoW共識機制換到PoS共識機制上來。
二、現在已提出的一些共識機制
目前為止，區塊鏈共識機制已經發展多年，有了很多不同的種類，下面是一個對區塊鏈很感興趣的geek（極客）Hasib Anwar製作的現有的一些共識機制圖表：
所有共識機制列表
- Proof-of-Work 工作量證明
- Proof-of-Stake 權益證明
- Delegated Proof-of-Stake 委託權益證明
- Leased Proof-Of-Stake 租用權益證明
- Proof of Elapsed Time 過去時間證明
- Practical Byzantine Fault Tolerance 實用拜占庭容錯
- Simplified Byzantine Fault Tolerance 簡單拜占庭容錯
- Delegated Byzantine Fault Tolerance 委託拜占庭容錯
- Directed Acyclic Graphs 有向非迴圈圖
- Proof-of-Activity 活動量證明
- Proof-of-Importance 重要性證明
- Proof-of-Capacity 容量證明
- Proof-of-Burn 燃燒證明
- Proof-of-Weight 重量證明
（以上圖表見Hasib Anwar的文章“Consensus Algorithms: The Root Of The Blockchain Technology”，智慧位元翻譯）
其中，工作量證明（PoW）是第一個區塊鏈共識機制，比特幣以及目前的以太坊都是採用了這一共識機制；權益證明（PoS）在2012年第一次被提出，並被應用在點點幣、未來幣等專案上；委託權益證明（DPoS）最著名的代表則是位元股（Bitshare）、EOS，這三者是目前公鏈應用最多的三種共識機制。在聯盟鏈領域，Hyperledger Fabric 在 0.6 版中應用了PBFT，而在 1.0 版中放棄了PBFT，轉而採用效率更高的Kafka，支援單點和叢集兩種方式，由 Kafka直接給交易排序和出塊；中國的FISCO BCOS則支援平行計算的PBFT和標準RAFT兩種方式。
除了Hasib Anwar圖表中歸納的這些，還有一些也被視為共識機制，例如瑞波幣的Ripple演算法、基於交易的股權證明機制(TaPOS)等。還有一些，例如艾歐塔(IOTA)，採用的是的DAG（有向無環圖）資料結構，透過纏結（Tangle）的方式加入區塊鏈，與區塊鏈的鏈式資料結構是不同的，這也可以被當作一種共識機制。
共識機制可以被當作是一套演算法，分散式系統都需要這樣一套演算法來保持一致性，區塊鏈作為分散式系統的一個子集，也借用了分散式系統的一些用於達成共識的協議。比如Lamport設計的保持分散式系統一致性的協議Paxos，還有Stanford提出的RAFT協議，上面提到的聯盟鏈FISCO BCOS 就採用了RAFT協議，此外微軟主導的聯盟鏈Coco 支援Paxos和 Caesar兩種協議。
三、共識機制的發展之PoW-PoS-DPoS
2008年，中本聰在《比特幣：一種點對點的電子現金系統》這篇論文中提出了比特幣與區塊鏈，其中PoW被應用於比特幣上，來解決誰是大多數的問題。但是人們很快發現這種共識機制的問題，即消耗能源大，以及被大礦池把持算力之後，仍然會導致中心化的問題。
2011年，一個名為Quantum Mechanic的數字貨幣愛好者在Bitcointalk論壇提出Proof-of-Stake（POS）證明機制，該機制被充分討論之後證明具有可行性。POW是比拼算力，而POS簡單來說就是比拼誰手裡的幣多，手裡幣越多，獲得記賬資格的概率就越高。
2012年8月，密碼貨幣極客Sunny King釋出Peercoin（點點幣，PPC），它的挖礦方式採用了POW和POS結合的方式。點點幣之後，又有新星幣(Novacoin，NVC)、黑幣（blackcoin，BLK）等採用POS。在這些幣當中，黑幣對點點幣做了一些最佳化，釋出了POS2.0白皮書，其中最重要的一點就是用餘額（也就是該礦工手裡有多少幣）代替幣齡。
2013年9月，一個名為BCNext的使用者在Bitcointalk論壇發起一個帖子，宣佈將發行一種全新的純POS幣種，後來取名為Nextcoin，簡稱NXT，即未來幣。
2013年8月，BM的位元股（Bitshares）專案啟動，並帶來了一種新的共識機制：Delegated Proof-Of-Stake（DPoS），即股份授權股權證明。它有點像現代國家的代議制，但不是每個選區分配了多少代表席位，而是將持有一定數量代幣的節點作為候選人，再由所有節點投票競選，取得票數前101的當選為代表，由這些代表負責產生區塊。代表們輪流產生區塊，收益（交易手續費）平分。如果有代表不老實生產區塊，很容易被其他代表和股東發現，他將立即被踢出“董事會”，空缺位置由票數排名102的代表自動填補。後來，BM的另一個專案EOS也採用了DPoS的共識機制，不過將原來的101個記賬節點減少到了21個。
從POW到POS再到DPOS，可以說是公鏈共識機制發展的一條主線。這三種共識機制各有優劣，比如POW具有完整的數學證明，理論上來說最安全、實現相對簡單，但它在能源消耗、出塊時間、交易容量都有很大不足，而POS則有安全風險更大、選舉節點時候網路流量壓力很大以及“富者愈富，貧者愈貧”等問題，而DPOS縮小了選舉節點數量減少了網路壓力，但其去中心化程度值得懷疑。
從09年初開始算起，區塊鏈與數字貨幣的第一個十年馬上就要到來，在這個過程中，共識機制扮演的角色，幾乎可以說是區塊鏈的靈魂。而從上面粗略的整理來看，從事著區塊鏈行業的人具有著無窮的創造力。共識機制已經出現了多次迭代，而其未來會走到哪一步，現在根本沒有定論。
文章來源：BB財經，轉載請註明出處！
原文連結：http://www.bbcaijing.cn/special/24038.html
關注區塊鏈資訊，區塊鏈技術，數字貨幣行情
