區塊鏈共識演算法的相關說明

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不要恐慌。在每一個偉大的加密貨幣背後,都有一個偉大的共識演算法。沒有一種共識演算法是完美的,但它們各有優點。在密碼學的世界裡,共識演算法是用來防止雙重支出的。下面是一些迄今為止最流行的共識演算法的簡要介紹,從區塊鏈到DAG,以及中間的所有演算法。

工作量證明(PoW)——OG共識

流行實現: 比特幣,Ethereum, Litecoin, Dogecoin,(大部分)
優點:我們知道它有效
缺點:緩慢的吞吐量;


工作量證明是第一個區塊鏈共識演算法。由中本聰(Satoshi Nakamoto)設計,用於比特幣區塊鏈。我們要感謝全世界的大規模採礦活動和電力消耗。我們知道它是有效的,但它開始被認為是一種遺留技術。就連以太坊也在從PoW轉向更節能、更經濟的PoS。有了這麼多新的替代品,很難理解為什麼新的區塊鏈會使用PoW。


在POW中,礦工們要解決難以解決的、無用的問題,以製造塊。POW以“最長鏈獲勝”為原則。“因此,假設大多數礦商都在同一條鏈上工作,那麼增長最快的那條鏈將是最長、最值得信賴的。”因此,只要礦商投入的50%以上的工作是誠實的,比特幣就是安全的。


權益證明(PoS) 

流行實現: Decred、Ethereum (soon)、Peercoin
優點: 攻擊更昂貴;更多的分散;
缺點: 沒有什麼權益關係


在PoS中,塊不是由正在工作的礦工建立的,而是由礦工用他們的代幣來下注於哪些塊是有效的。如果要進行分叉, 那麼礦工使用代幣投票支援哪個分叉就可以。


令人擔憂的是,由於驗證器幾乎不需要計算能力就可以支援與PoW不同的分叉,因此驗證器可以為發生的每個分叉的兩邊投票。這樣一來,PoS的分叉就會比POW的常見得多,一些人擔心這會損害貨幣的信譽。


委託權益證明(DPoS)——選擇驗證器

流行的實現:Steemit, EOS, bitshare
優點:廉價的交易;可伸縮的;
缺點:部分集中


DPoS是Daniel Larimer的大腦產物,實際上和PoS有很大的不同。在DPoS中,代幣持有者並不對塊本身的有效性進行投票,而是投票選舉代表來代表他們進行驗證。在DPoS系統中,一般有21-100名當選代表。代表們定期進行洗牌,並被要求提交他們的區塊。只有少量的代表允許它們有效地組織自己,併為每個代表建立指定的時間槽來發布它們的塊。如果代表們不斷錯過他們的區塊,或者釋出無效的交易,他們會投票表決透過,用一個更好的代表代替他們。


在DPoS中,採礦者可以合作生成塊,而不是像PoW和PoS那樣進行競爭。透過部分集中化塊的建立,DPoS能夠比大多數其他共識演算法執行速度快幾個數量級。EOS設定為第一個區塊鏈塊乘以< 1秒,比比特幣的10分鐘阻塞時間快一點。


權威證明(PoA) -相信無所不知的人


流行的實現: POA.Network, Ethereum Kovan testnet
優點: 高吞吐量;可伸縮的
缺點: 集中系統


權威證明是一種協商共識的演算法,其中事務由批准的帳戶進行驗證,有點像系統的“管理員”。 PoA具有高吞吐量,並且針對私有網路進行了最佳化。由於PoA的集中性,您不太可能看到它在公共鏈上執行。


權重證明(PoWeight) -越大越好


流行的實現:Algorand、Filecoin、Chia
優點:可定製;可伸縮的
缺點:激勵可能是一個挑戰


PoWeight是一種廣泛的基於Algorand共識性模型的演算法分類。一般的想法是,在PoS中,您在網路中擁有代幣的百分比表示您“發現”下一個塊的概率,在PoWeight系統中,就是使用其他一些相對加權的值。具體的例子:Filecoin的PoWeight證明是根據您儲存的IPFS資料的多少進行加權的。其他系統可能包括諸如聲譽證明之類的權重。


拜占庭容錯(BFT) -圍攻區塊鏈!


流行的實現: Hyperledger, Stellar, 
優點: 高吞吐量;低成本;可伸縮的
缺點: 不完全受信任的


有一個經典的問題是分散式計算,通常用拜占庭將軍來解釋。問題是幾個拜占庭將軍和他們各自所在的拜占庭軍隊包圍了一座城市。他們必須一致決定是否進攻。如果一些將軍獨自進攻,他們的圍攻將以悲劇告終。將軍們之間通常隔著距離,必須傳遞資訊才能交流。一些加密貨幣協議使用某些版本的BFT來達成共識,每個協議都有其優缺點:


實用拜占庭式容錯(PBFT): 最早解決這個問題的方法之一就是提出實用拜占庭式容錯。目前使用的Hyperledger Fabric,用很少(< 20,以後的事情得到一點)預先選定的將軍PBFT執行非常有效。優點:高事務吞吐量、缺點:集中式的。


聯邦拜占庭協議(FBA): FBA是另一類解決拜占庭將軍問題的貨幣,如Stellar和Ripple。一般的想法是,每一個拜占庭將軍,都要對自己的鏈條負責,在他們進來建立真理時,對資訊進行分類。在Ripple中,將軍(驗證器)由Ripple基金會預先選擇。在Stellar中,任何人都可以是驗證器,因此您可以選擇信任哪個驗證器。


由於其驚人的吞吐量、低事務成本和網路可伸縮性,我相信FBA類的協商共識演算法是我們發現的用於分散式協商共識的最佳演算法。


定向無環圖(DAG) -又名區塊鏈殺手!


流行的實現:Iota、Hashgraph、Raiblocks/Nano
優點:網路可伸縮性;低成本
缺點:取決於實現


DAG現在比Vitalik的Tinder還火。DAG是一種共識形式,它不使用區塊鏈資料結構,主要以非同步方式處理事務。理論上,專業人士每秒的交易是無限的,但DAG和其他共識一樣,也有優點和缺點。


Tangle:  Tangle是Iota使用的DAG共識演算法。為了傳送Iota事務,您需要驗證接收到前兩個事務。隨著交易的增多,“一賠二、先付後付”的共識增強了交易的有效性。因為共識是由事務建立的,理論上,如果有人可以生成1/3的事務,他們就可以說服網路的其他部分是有效的。直到有足夠的事務量使得建立1/3的事務量變得不可行的時候,Iota有點像在一個名為“協調器”的集中節點上“重複檢查”所有網路事務。Iota協調器就像系統的輔助輪,一旦纏結足夠大,就會被移除。


Hashgraph:  Hashgraph是由Leemon Baird開發的一種八卦協議共識。節點隨機地與其他節點共享它們已知的事務,因此最終所有的事務都被散佈到所有節點。Hashgraph非常快,但對Sybil攻擊沒有抵抗力。所以Hashgraph對於私有網路是一個很好的選擇,但是您不會很快看到它在像以太坊這樣的公共網路中實現或分發。


Block-lattice:  Nano(以前稱為Raiblocks)在區塊鏈上執行時帶有一個稱為Block-lattice的結構。Block-lattice是這樣一種結構:每個使用者(地址)都有自己的鏈,每個人都持有所有鏈的副本。每個事務都被分解為傳送方鏈上的傳送塊和接收方鏈上的接收塊。


Block-lattice似乎太簡單而無法工作,但它已經在野外執行了。這種獨特的結構確實讓Block-lattice向一些獨特的攻擊向量開放,比如Penny-spend攻擊,攻擊者透過向大量的空錢包傳送微不足道的資料來增加節點必須跟蹤鏈的數量。


工作證明事件的序列化: 透過確認事務


Recursive Elections (更廣為人知的名稱是SPECTRE)是一種提議的比特幣伸縮解決方案,它利用PoW和DAG的組合來達成可伸縮的共識。在SPECTRE中,塊被挖掘指向多個父節點,而不僅僅是一個父節點,因此網路可能每秒處理多個塊。挖掘指向某些父節點的塊來支援這些塊的有效性。與POW “最長鏈勝利”相比,SPECTRE使用的是“子節點獲勝最多的區塊”。 SPECTRE尚未在野外進行過實戰測試,新的攻擊載體可能會出現,但它似乎是修復比特幣的一種非常聰明的潛在方式。


更多區塊鏈資訊:www.qukuaiwang.com.cn/news

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