（桃花開滿園，梵高）
區塊鏈是分散式的網路，是共同的資料庫，它需要就事情的真相達成共識，從而實現無須許可的參與，實現無須依賴第三方的信任。共識機制是區塊鏈最重要的組成部分之一。要想理解區塊鏈的共識機制，必須理解兩個問題：一是，要達成共識的內容是什麼？二是，用什麼方式來達成共識？理解了這兩個方面，基本上可以理解區塊鏈共識的基礎。
不過，區塊鏈的共識機制不僅與技術相關，本質上它也是服務於專案經濟體的。在未來區塊鏈共識機制的選擇方面，關於專案屬性本身的考慮會越來越多。
PoW和PoS的本質
說到共識機制，大家最熟悉的莫過於PoW和PoS，一個是工作量證明，一個是權益證明。實質上，PoW和PoS並不是共識演算法，而是在達成共識中的提議區塊的機制，當前區塊鏈的共識演算法主要有中本聰共識演算法和經典共識演算法。中本聰共識採用最長鏈的規則，非常簡潔：如看到提議的區塊擁有最多的工作量證明，那就接受它，所以它也是一種概率性的規則，確認的區塊深度越長，交易就越難被逆轉。經典共識演算法是PBFT類演算法，當系統中的大多數參與者對提議區塊投贊成票，系統中參與者將其接受為正確區塊，且一旦投票透過，區塊具有最終性，不存在回滾的可能。
從上可以看出，不管是中本聰共識還是經典共識，都需要有一個區塊提議的機制，這是整個共識達成過程中最重要的部分之一，競爭區塊的提議權，本質上也是記賬權。而PoW和PoS機制在區塊鏈中更廣為人知，是因為它們是區塊提議的機制，涉及到誰有權提議的問題，直接跟區塊獎勵相關。因此，不管是PoW還是PoS本質上都是為了獲得區塊提議的權利。但其獲得區塊提議的方式存在根本區別。
在比特幣的PoW機制中，規則也非常簡潔，為了獲得區塊提議的權利，誰率先計算出謎題的答案，誰就獲得區塊提議的權利。也就是說，它本質上比的是算力。這也導致它天然是抗女巫攻擊的，要想從算力競爭中獲勝，需要有更好算力效率的礦機，需要更便宜的電力。最終來說，比特幣PoW的本質是將能源轉化為價值的儲存，它本質是一種工作量的證明，也是一種價值的轉化和儲存。
PoS的規則也很簡單，它是基於人們在系統中質押的代幣權益多少來選擇區塊的提議者。也就是說，誰質押的代幣權益越多，誰跟系統的利害關係就越大，其損害系統的代價就越大，其做出誠實記賬的可能性就越大，利於保證系統的安全。
海伯利安的PoH：適合於去中心化位置服務的共識機制探索
不管是PoW還是PoS都有其優點，也有其缺點。關於PoW和PoS孰優孰劣，加密社羣的爭議從來沒有停止過。不過，從藍狐筆記的角度，這取決於區塊鏈專案本身。像加密貨幣本身，如比特幣，它更適合於用PoW來保持其安全，它的價值源於算力和能源的轉化，從而實現價值儲存，這不僅讓它具有安全屬性，也具有內在價值。而像一些智慧合約平臺，它透過PoS實現了可擴充套件性和安全性，也算是一種探索。那麼，有沒有一種共識機制，根據自身需求，可以將兩者結合起來？讓我們來看一下海伯利安在共識機制上的探索。
1.什麼是海伯利安的混合共識機制PoH
PoH源自於英文Proof of Hybrid的縮寫。海伯利安的PoH共識機制是指它結合PoW工作量證明和PoS權益證明的優勢，從而提出一套更適合於去中心化地理位置服務發展的混合證明的共識機制。
海伯利安PoH機制結合PoW和PoS的方式是採用錯層融合的模式：海伯利安的去中心化的地圖服務網路Map3中按照工作量證明的方式選擇出候選的節點，確定“誰”有資格透過復抵押參與到其Atlas底層區塊鏈的區塊生產中。而PoS是權益證明，在經過PoW工作量證明之後，也就是透過初選的節點，有資格根據權益質押代幣的多少來獲得提議共識區塊的權利。
要理解海伯利安的PoH共識機制，首先要理解其專案整體結構，理解專案自身的屬性，這也是為什麼它採用PoW和PoS錯層融合的原因。如下圖：
從上圖可以看出，海伯利安專案的整體經濟結構中，包括三個部分：
最底層是地圖區塊鏈Atlas，它負責整個位置服務體系中最重要的記賬服務，由分散式的共識節點組成，負責記錄在整個位置服務經濟體中不同參與者的貢獻，是整個地理位置服務系統實現價值流轉的基礎部分。這一層的主要貢獻者是獲得提議區塊資格的共識節點，由這些共識節點負責出塊。
第二層是去中心化地理位置服務網路Map3，它由很多分散式的地理位置服務節點組成，這些節點為客戶端和企業提供全棧的地理位置的服務。這一層的主要貢獻者是提供地理位置服務的所有節點，這些節點無須許可，任何人都可以加入，不過為了保證服務質量，也需要滿足一定條件，在頻寬、儲存、算力等方面需要達到一定要求。在Map3網路中，它支援建立自定義的隨機地圖層，可滿足自定義需求；支援實現跨平臺地圖技術堆疊的無縫轉接；對地圖資料進行加密等。
最上層是客戶端層，在這一層，使用者可以透過客戶端獲得分散式的地理位置服務，同時HYN持幣使用者也可以透過客戶端將其代幣抵押給節點，以獲得收益。目前海伯利安推出了第一個客戶端產品Titan手機應用，它為全球使用者提供去中心化地圖搜尋導航、數字錢包、區塊鏈地圖App開發等功能。此外，基於Titan地圖應用，還可以有其他應用的入口。Titan地圖服務跟現有地圖服務的不同在於其隱私保護特性，這跟Brave瀏覽器有類似之處。具體來說，它用公鑰地址代替位置接收者身份，離線地圖讓使用者資料儲存在手機本地，透過密碼學方式保證位置隱私分享。這一層的客戶端使用者，是服務的需求者和受益者，也因此需要付出，包括費用或其他形式的付出，以維持系統的執行。當然，企業使用者也可以為其客戶端使用者付費，並在其他地方實現增值收費，從而實現更好的使用者體驗。
從上可以看出，在海伯利安的整體結構中，Map3由無須許可的節點組成，它支撐海伯利安的鏈下地理位置服務，也就是說，這些節點的主要貢獻在於為使用者提供地理位置服務。那麼，如何來衡量這些節點的貢獻。海伯利安採用了PoW的共識機制，也就是工作量證明的方式。在海伯利安的Map3網路中，所有的分散式節點透過PoW工作量證明，可以獲得兩個方面的收益：一是服務收益，二是參與競選共識節點的資格，以獲得出塊獎勵。
在Atlas區塊鏈層，海伯利安採用的是PoS權益證明模式，經過Map3網路PoW的初選，有部分節點獲得共識節點的資格，有機會根據其PoS權益質押情況最終獲得提議區塊的權利。
那麼，為什麼海伯利安要採用PoH的混合證明共識機制？為什麼不直接採用PoW或PoS機制來構建其去中心化的位置服務網路？
2.海伯利安為什麼選擇PoH混合證明共識
海伯利安之所以採用混合證明共識的PoH機制，其核心原因跟其專案特性相關，它既不是比特幣這樣的價值儲存的加密貨幣，也不是用來承載不同領域（如金融、遊戲等）的去中心化應用智慧合約平臺。它不僅包含專屬公鏈，同時也是致力於提供地理位置服務的完整結構的經濟體。
海伯利安的願景是One Map，它希望透過其整體的服務重新塑造位置資料的採集、服務、價值分配等。而PoH的混合證明機制也是為了服務其專案願景。
從上面的海伯利安的架構可以看出，為了引匯出分散式的地理位置服務，它不僅包括了底層地圖區塊鏈Atlas，也包括分散式的地理位置服務網路Map3，以及地理位置服務的前端應用。只有地圖公鏈本身，在短期內比較難引匯出使用者使用場景，而整體的結構更利於實現其長遠目標。
共識機制的核心首先是保證鏈的安全，其次要跟專案特性產生契合，能夠激勵系統內的貢獻參與者朝共同的方向發展。PoH混合證明機制有利於海伯利安實現如上的兩點。在海伯利安的地理位置服務經濟體中，不同的角色發揮不同的作用。
首先，客戶端使用者是地理位置服務的需求方，也可以是系統發展的獲益方。例如持有HYN代幣的使用者可以將其代幣抵押給Map3網路節點，Map3網路節點要獲得節點運營資格需要抵押一定量的HYN代幣。而獲得Map3網路節點運營資格之後，使用者有機會跟節點一起獲得服務收益。
其次，在海伯利安的Map3網路中，還有一層基於工作量證明機制，根據其PoW有效服務量證明憑證，從Map3服務節點中選出有效服務更好的節點參與共識節點競選，也就是海伯利安中的復抵押資格競選。根據PoS的有效權益質押量大小，成功進入共識節點委員會的節點有機會獲得出塊獎勵。這意味著，一開始給Map3網路節點代幣質押的HYN使用者也有機會獲得按比例的相應出塊獎勵。
最後一層就是區塊鏈層，也就是鏈上的記賬層。它由共識節點根據PoS權益，競選出塊節點，分享出塊收益。
從上可以看出，海伯利安透過將PoW的工作量證明和PoS的權益證明錯層融合，是從整體社群和經濟結構角度考慮的，這樣可以充分利用PoW和PoS的各自優點。
Map3網路的PoW工作量證明不僅可以用來評估服務節點的有效服務量，而且它在海伯利安整體經濟結構中也具有承上啟下的連線作用。本質上，它是一個可自動調節的戰略控制點。Map3網路有很多無須許可的服務節點，但並非所有服務節點都是一樣的，這也跟帕累托法則和地圖服務性質相關，有些節點的有效服務量更多，質量更好，獲得的使用者支援更多，它們更有機會進入底層區塊鏈的共識節點參與最終的出塊競選。也就是說，這些服務節點脫穎而出需要得到使用者的支援，最終形成一種自下而上的選拔過程，也是層層深入的動態調節過程。
這種層層遞進的過程兼具民主和集中的優點，服務節點無須許可，但它又跟服務的使用者息息相關，獲得使用者支援越多，就越有機會進入最終的PoS出塊委員會。這種PoW和PoS混合證明的PoH機制，可以滿足分散式和安全的需求，也可以滿足可擴充套件性的需求。
最終來說，PoW和PoS混合證明的PoH共識機制，一是保護了底層區塊鏈網路的安全，二是激勵不同參與者融入到網路中作出貢獻，形成了自下而上層層遞進的過程，三是可以滿足分散式地理位置服務的可擴充套件性需求。
海伯利安的混合證明機制（PoH）如何實現
海伯利安的PoH混合證明機制是透過PoW和PoS錯層融合實現的。其中的PoW既衡量了不同服務節點的有效工作量，也自發形成了戰略控制點，為PoS選拔出自下而上的共識節點，從而利於保證底層鏈的安全，並激勵服務節點和客戶端使用者的更多參與。
Map3網路的PoW共識機制
Map3網路是去中心化的地理位置服務網路，它為前端應用的使用者提供地圖等服務，Map3網路由多節點組成，這些節點是P2P的對等網路，它存在的目的是為了提供安全可靠高效能的地理位置服務，其核心並不是進行底層區塊鏈的共識出塊的驗證，而且提供具體的服務。這種特性決定了其共識機制核心在於工作量的證明，也就是PoW。不過它的PoW跟比特幣的計算密集型的PoW不同，它的工作量是指實際的地理位置服務工作證明，其核心的工作量就是為客戶端提供API請求的響應次數。
因此，Map3的PoW機制首先要實現跟其整體的激勵目標相同，激勵網路的參與節點能夠積極加入到整體的地理位置服務網路中，它首先要解決節點為什麼要加入到服務網路的問題。
Map3網路是無須許可的對等節點網路，任何主體都隨時加入和退出，這意味著要有足夠的激勵才能吸引節點參與進來。上面也提到，Map3網路給參與節點提供兩個方面的激勵：一是服務收益，二是成為共識節點的資格，以獲得出塊獎勵。
那麼，要實現激勵，接下來要解決的問題是，如何衡量服務量。這就引出了第二個問題，關於Map3節點有效工作量的衡量，它需要公平、易於驗證以及可防作弊。如何來實現這一點？這就是海伯利安PoW共識機制的由來：它試圖透過工作量憑證的產生機制來解決這一問題。
Map3網路的工作量憑證旨在產生可簡單驗證的防作弊的工作量證明，從而衡量不同節點的有效服務量。其有效工作量的衡量基於一種用最小雜湊值來估算雜湊率的計算方法。工作量憑證是由獲得其服務的客戶端和其他節點提供。所以具體的工作量證明包括為客戶端和其他節點提供的服務之和。如果客戶端用c表示，Map3節點用n表示，那麼在一段時間內節點的工作量憑證計算如下圖的公式：
其中Vc和Vn是雜湊值，NID是節點的ID，AccTKc和AccTKn是服務訪問的憑證。也就是說，這裡的核心是兩個服務訪問的憑證。
海伯利安Map3網路的PoW的有效服務量機制還有利於促進HYN代幣持有人和Map3節點之間的合作，它本質上鼓勵節點持續輸出高質量的地圖服務，如果節點無法提供高質量的服務，一是HYN代幣持有人不願意給該節點提供HYN代幣質押，二是也不願意呼叫該節點提供的地圖服務。而PoW的機制將兩者的利益結合起來，節點提供的服務質量越高，被呼叫服務的次數越多，有效服務量越多，服務收益也越高，持幣人也更願意將其代幣質押給這樣的Map3網路節點。
海伯利安Map3的PoW機制最後一個滿足的是地理位置服務的可擴充套件性的問題。隨著Map3地理位置服務的增加，Map3網路節點向共識節點提交工作量證明也會消耗更多的服務資源，包括頻寬和儲存空間等。為了實現可擴充套件性，其PoW有一個自適應的機制，可以支援不同規模的Map3節點數量。
也就是說，海伯利安會控制提交PoW節點的數量。這也跟地理位置服務的特性相關。首先客戶端使用者和地理位置資料在空間的分散式不均勻，其使用量和Map3節點之間的分佈符合帕累托法則。
此外，如果將所有地理位置服務行為都透過鏈上記錄並等待共識的達成，那麼它將無法支撐億萬次的地理位置服務，而海波利安的PoW工作量證明機制，類似於鏈下的操作，有利於其服務的可擴充套件。
Atlas底層區塊鏈的PoS共識機制
Atlas鏈是海伯利安的底層地圖公鏈。它擔負了整個地理位置服務生態的鏈上記賬服務。其首要的問題是安全，保證鏈的無須第三方參與可信任。其次是符合生態激勵方向。最後是滿足業務的特性。
PoS共識機制的提議包括出塊的節點委員會（涉及到共識節點的選舉和輪換）和獎懲機制。當前不同的PoS機制有不同的節點選舉方式、不同規模的委員會大小等。比如ETH2.0採用的是隨機選擇節點的模式（抵押32個ETH後獲得資格），而Cosmos採用根據質押權益多少排序來選擇節點；委員會規模上，ETH當前是111個節點，而Cosmos在125到200個節點之間，EOS是21個節點。
海伯利安Atlas底層鏈的PoS出塊委員會的啟用節點為88個。委員會的成員資格是流動的，根據鏈上指標進行自動化的選舉產生。按照24小時為一個週期，候選節點可以向現有委員會節點發起挑戰，挑戰需要有成本。根據挑戰者的質押權益排序，挑戰是否成功，透過鑄幣信用來確定，鑄幣信用除了考慮賬戶餘額，還會考慮幣齡等，以防止節點的作惡。
結語
不管是PoW還是PoS，其本質上都是區塊提議的機制，好的共識機制首先要能夠保證鏈的安全，其次是要符合專案本身的特質。比如價值儲存的加密貨幣和智慧合約平臺的方向是不同的，這也跟其共識機制存在關聯。
海伯利安的PoH共識機制跟其地理位置服務的整體結構相關，它的願景是要形成One Map，透過PoW和PoS的混合證明機制，既要實現底層鏈安全，也需要激勵所有參與者的貢獻，最後形成符合其業務發展規律的可擴充套件性。這也是它不同於純PoW和PoS共識機制的根本原因。透過將PoW和PoS錯層融合，可以利用兩者的優勢，可以實現自下而上的層層遞進，可以兼顧大多數前端使用者、服務節點的利益，同時也能選拔出跟生態關係更加密切的參與者參與共識驗證，是一種可以動態調節的機制，能促進參與者的融合進來。
海伯利安的PoH共識機制為地理位置服務的去中心化探索提供了技術支撐和激勵機制，也為類似的區塊鏈專案發展提供了一個可參考的模式，值得大家關注。
