主流共識機制PoS、PoW與DPoS、PoU對比演變

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常見的共識演算法有:PoW、PoS、DPoS、PoU。那麼,這些共識演算法具體是怎麼回事呢?今天我們就展開來講一講。

在區塊鏈這個虛擬的世界,陌生人之間工作關係的建立、工作進度的推進以及工作內容的完成,都離不開透過一定的方式達成一致性意見,這個方式就是“共識機制”。區塊鏈中的共識是需要在整個生態裡都認可的,所有的角色不論是生產者、消費者、礦工等都遵循的一個獎懲機制。共識演算法是決定了貢獻者的獎勵與權益。

為什麼需要共識? 

共識,指一個社會不同階層、不同利益的人根據一定的治理結構和議事規則,所尋求的共同認識、價值、理想。在區塊鏈裡,“共識”的意思是參與者就某一區塊鏈狀態達成共同的認識。區塊鏈共識機制是去中心化的保障。比如,銀行和支付寶是中心化的,對於價值的分配,組織的治理等,都需要由這個中心自身來制定規則。對於非規則制定者而言,只能選擇參與或不參與到這個規則下來。中心化的傳統模式,價值的流通完全取決於中心自身,風險大,損耗高。

而對於區塊鏈,它的一個基本特徵,是去中心化的點對點對等網路,即網路上的各節點地位同等,沒有哪一方處於支配地位。所以,任何計劃、決定、意見的生成、改變、撤銷,都需要由所有節點透過某種機制來共同達成。這就是區塊鏈的共識。達成這些共識所需要運用的工具與方法,就是共識機制。

很明顯,去中心化的區塊鏈網路,相比中心化的網際網路,是一個損耗更低,效率更高的世界。

在當下的區塊鏈世界,最流行的共識機制有這幾種:PoW、PoS、DPoS.

PoW Proof of Work

工作量證明,是指透過一定的工作量來證明你在區塊鏈網路上眾多節點中有記賬權利。什麼工作呢?拿比特幣來說,就是挖礦,即透過計算機執行某個開源程式,解一道數學題。誰先解出這道數學題,誰就有權利生成一個資料區塊(並得到比特幣作為獎勵),即記賬。然後將這個資料區塊全網廣播,讓其他節點複製。

PoW是一個多勞多得的模式。但我們知道,一個人的勞動成果跟個人能力有關,有的人可以一個小時解出20道數學題,有的人只能解出10道。對於計算機而言也是一樣的,運算能力越高的計算機,挖礦成功的概率越大。

為了獲得更多的比特幣,一些人花費巨大的成本製造算力高(同時能耗也高)的計算機。那麼,這就仍然會導致一個“誰有錢誰有話語權”的局面,即現在的算力壟斷。據瞭解,由於中國人對於挖礦的熱情,現在全世界超過40%的比特幣算力集中在中國。

優點

完全去中心化
節點自由進出,演算法簡單,容易實現
破壞系統花費的成本巨大:要攻擊系統的話,需要攻克全網超過51%的節點,而PoW要求的計算時間是巨大的,更不用說難度了

缺點

能源耗費巨大
處理效率低:比如對於比特幣而言,每秒只能處理7筆交易
容易產生壟斷:現在的BTC.COM、螞蟻和微位元,一共控制了超過51%的算力,如果他們聯合起來,或者被駭客控制,那麼就可能會發生51%攻擊

PoS Proof of Stake

權益證明。人們對於PoW越來越中心化的算力分佈感到害怕,於是POS誕生了。簡化來說,PoS就是誰持幣的數量多(實際上還有一個時間加權),誰就有更大的機率獲得記賬權。POS是透過持幣而產生利息,對於驗證人/節點進行獎勵。先引入一個概念:幣天。幣天=持幣數量×持有天數

當你獲得利息後,幣天被清零。比如,你有100個幣,持有了30天,那麼,你的幣天=100×30=3000。這時,如果你發現一個PoS區塊,你的幣齡就被清零。PoS就像到銀行存錢,銀行根據你存錢的多少和存錢的時間,給你算利息。

總的來說就是:持幣有利息;持幣越多收入越多;收入越多越有機會獲得記賬權利。

優點

縮短了共識達成的時間,效率高
節省能耗,因為不需要大量算力來解題

缺點

擁有權益的參與者因為可以持幣獲得利息,所以賣幣意願不強烈,容易產生壟斷
所有的確認都只是概率上的表達,存在其他攻擊的可能性
挖礦成本低,硬分叉十分容易

DPoS  Delegated Proof of Stake

授權股權證明機制。DPoS由BitShares社羣先提出,就是在POS的基礎上再加一個限定條件——選舉:每一個持幣者都可以進行投票,由此產生一定數量的代表,按照既定時間表,輪流產生區塊。如果代表沒能很好的行使權力(比如產生區塊),他們會被除名,網路會選出新的超級節點來取代他們。由於持幣者可以透過投票更換這些代表,以維繫鏈上系統的“長久純潔性”。

優點

大幅縮減了參與驗證和記賬節點的數量,提高了效率,可以達到秒級的共識驗證
最大化持幣人的盈利
最小化維護網路安全的費用

缺點

弱中心化,違背了去中心化的初衷
整個共識機制然依賴代幣

PoU  Proof of Utility

效用證明機制。PoU由Jura社羣先提出,主要有兩大基本內容:第一種是透過效用來管理表決,第二種是懲罰不誠實行為。效用是透過一組指標的函式而獲得的,該指標用於測量對系統正常執行的貢獻,而懲罰機制正在研究中,以用於下一個PoS協議。

優點

防止PoS系統存在的弊端
使權益更加智慧化從而維持系統的穩健性

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