在區塊鏈系統中，共識演算法是區塊鏈保持資料安全、不可篡改、透明性等特色的關鍵技術。共識機制是區塊鏈的靈魂，是區塊鏈建立信任的基礎。
一個區塊鏈專案選擇使用何種共識機制，決定了這個專案是否能建立起完善的激勵機制，從而起到鼓勵更多節點參與到專案中，進而增加系統的去中心化程度。
第一章主流共識機制有哪些？
目前，區塊鏈專案中主流的共識演算法包括：工作量證明（POW）、權益證明（POS）、股份授權證明（DPOS）、混合證明機制等。
1.1 工作量證明機制（POW）
POW共識機制由算力決定記賬權，按照持有的算力佔總算力的百分比來決定獲得該次記賬權的概率。節點需要不斷消耗算力工作，進行雜湊計算，以找到期望的隨機數。驗證節點被稱為“礦工”，隨機數查詢過程稱為“挖礦”。“挖礦”有三個重要功能：發行新的貨幣、維護系統的支付功能、透過算力保障系統安全。
1.2 權益證明（POS）
POS共識機制由持幣數以及持有的時間來決定記賬權。持有幣數及持有的時間佔系統總量的百分比，決定獲得該次記賬權的概率。
1.3 股份授權證明（DPOS）
DPOS共識機制是一種基於投票選舉的共識演算法，類似於代議制民主。在POS的基礎上，DPOS先選舉若干代理人，由代理人驗證和記賬，代理人之間輪流出塊。DPOS相比POS能大幅度提升選舉效率，在犧牲一部分去中心化特性的情況下得到效能提升。
1.4 混合證明機制
採用工作量證明機制POW發行新幣，採用權益證明機制POS維護網路安全。較典型的就是以太坊採用POW+POS混合共識機制。
第二章各共識機制優缺點對比
2.1 工作量證明POW共識機制
POW共識機制的優點：
演算法簡單，節點可自由進入，去中心化程度高；
破解系統需要掌握至少51%的算力，需投入極大的成本，安全性極高；
區塊生產者的選擇透過節點求解雜湊函式實現，整個過程不需要人性的參與。
POW共識機制的缺點：
為了保證去中心化，區塊的確認時間難以縮短；
擴充套件性弱，TPS低；
隨著確認次數的增加，達成共識的可能性也呈指數級增長。
為了確保交易的安全，一筆交易要在6個新的區塊產生後才能在全網得到確認，也就是一個交易的確認延遲時間大概是1小時。這無法滿足現實世界中對交易實時性要求很高的應用場景。
另一方面POW共識演算法帶來了硬體裝置及能源的大量浪費。隨著比特幣價值的增長，比特幣算力競賽經歷了挖礦，GPU挖礦，FPGA挖礦發展到裝滿ASIC專用晶片礦機的巨大廠房挖礦的階段。
到今天為止，比特幣全網算力從創世區塊的約7MH/S增至如今約49.63EH/S，比特幣的算例已經增加了7萬億倍。
目前使用工作量證明機制POW的代表：比特幣、比特幣現金、比原鏈等。
2.2 權益證明POS共識機制
POS共識機制的優點：
不需要耗費能源和硬體裝置；
縮短了區塊的產生時間和確認時間，提高了系統效率。
POS共識機制的缺點：
實現規則複雜，參雜了很多人為因素，容易產生安全漏洞；
與POW共識機制一樣，隨著確認次數的增加，達成共識的可能性也呈指數級增長。
POS共識機制的致命弱點在於幣齡依賴問題，攻擊者在積累長時間幣齡後，挖礦的難度大大降低，容易對系統發起雙花攻擊。
目前使用權益證明機制POS的代表：未來幣。
2.3 股份授權證明DPOS共識機制
DPOS共識機制的優點：
不需要耗費能源和硬體裝置；
縮短了區塊的產生時間和確認時間，提高了系統效率。
DPOS不需要挖礦，也不需要全節點驗證，而是由有限數量的見證節點進行驗證，因此簡單、高效。
DPOS共識機制的缺點：
DPOS被普遍質疑過於中心化；
代理記賬節點選舉過程中存在巨大的人為操作空間。
目前使用股份授權證明機制DPOS的代表：EOS。EOS的21個超級節點和100個備用節點由EOS權益持有者選舉產生，區塊的生產按21個區塊為一輪。在每輪開始的時候會選出21個區塊生產者。前20個區塊生產者由系統根據網路持幣使用者的投票數自動生成，最後一名區塊生產者根據其得票數按概率生成。
EOS在區塊生成後即進入不可逆狀態，因而具有良好的最終性。EOS採用的石墨烯技術理論上能達到百萬級別的TPS。同時，由於EOS的記賬節點有嚴格的篩選制度，系統的安全性也很高。
2.4 混合證明機制
目前使用混合證明機制的代表是以太坊：採用工作量證明機制POW發行新幣，採用權益證明機制POS維護網路安全，一些交易區塊（1%）透過POS保護，其餘留在POW。以太坊創始人V神認為POW+POS混合機制能夠更快捷，更安全，相比較而言對使用者更有利。
第三章結束語
以上就是幣學君對區塊鏈世界主流的共識機制POW、POS、DPOS做出的分析對比，其中以POW作為共識機制的比特幣代表著可程式設計貨幣的區塊鏈1.0，以POW+POS作為共識機制的以太坊代表著智慧合約的可程式設計金融的區塊鏈2.0，而以DPOS作為共識機制的EOS號稱區塊鏈3.0（現階段在行業內還有一定爭議）。
到底哪個共識機制是最好的呢？目前，市面上現存的主流共識機制，各有優劣，互存長短，沒有最優最差之分。
就如長鋏在2014年提出的不可能三角理論中所指出的：“在區塊鏈世界，去中心化、安全、環保構成一個不可能三角形”。區塊鏈專案應根據自己的具體需求選擇適合自己的共識機制，這樣才能為設計出一個優秀的區塊鏈專案打下堅實的基礎。
作者：幣學Bixue，微信個人號：skyleimo，備註“幣友”，歡迎交流討論。
