共識決定成敗?一文讀懂區塊鏈共識機制

買賣虛擬貨幣

區塊鏈已成為現代的流行詞,區塊鏈技術也是目前最火熱的,不論是企業還是個人都紛紛加入區塊鏈行業這個大部隊。

區塊鏈是在網際網路的基礎上進一步的發展,是網際網路社會的進一步升級,然而,往往一個新事物的出現總是會伴隨著很多的質疑、研究與探討。

那麼,區塊鏈是如何發展起來的?現在又是什麼樣的呢?小編帶大家一起梳理一下。

一、熱門的區塊鏈

知道區塊鏈的應該對中本聰這個名字不陌生,雖然目前還不知道他或他們到底是誰,但是這個名字可以說已經成為了區塊鏈的一個標誌。因為“區塊鏈”來源於2008年中本聰發表的一篇題為《Bitcoin:一種點對點的電子現金系統》的文章。

在這篇文章中中本聰對於加密技術、時間戳技術、區塊鏈網路架構等進行了詳細的闡述,並在文章發表的兩個月後誕生了Bitcoin第一個序列為0的創始區塊,相隔6天后,序列為1的區塊出現了,並與序號為0的創始區塊相連線形成了鏈,自此,區塊鏈也就誕生了。

二、Bitcoin的出現

Bitcoin是一個基於區塊鏈技術的分散式全球記賬網路,所有參與到網路中的節點都是一個記賬節點。這些記賬節點的單位被稱為區塊,在每個區塊中記錄了每筆交易的相關資訊,例如買賣雙方、時間和日期、總價值等。所有的交易條目按時間順序連線,就形成了區塊的數字鏈。

就目前來看,Bitcoin是一種底層的基礎設施,簡單的作為一種加密領域的數字資產。但是從其發展的路徑來看,Bitcoin從最開始的點對點支付功能,演變成為了現在堪比黃金的價值儲存功能。

三、智慧合約的誕生

2013年,被稱作是“V神”的Vitalik Buterin ,創造了以太坊,同時釋出了白皮書。在該白皮書中,V神詳細介紹了智慧合約——支援分散式的應用程式開發。

在以太坊網路中,所有人都能夠在智慧合約的基礎上建立區塊鏈網路中的DAPP,並且在所有DAPP上都遵守相同的規則,該規則被編碼到網路中,開發人員能夠在 DAPP 中執行自己的規則。

現在,整個區塊鏈領域大大小小的各類專案非常多,從底層設施的公鏈到各種DAPP的開發,從熱門的DeFi賽道到分散式儲存賽道,從爆發的NFT到元宇宙,區塊鏈正逐漸形成龐大的生態系統。

四、區塊鏈共識機制

不論是Bitcoin還是以太坊,或者是其他區塊鏈網路的發展,都是有其自身的共識演算法。在區塊鏈這樣的分散式網路中,所有的節點都是獨立的、平等的,沒有一箇中心點來控制其他的節點。

那麼如何保證在這個網路中的公平和自動運作呢?結合實踐來看,最主要的一點就是因為共識機制。在一個公平、透明的網路中,所有網路中的參與者都達成了一個共識,認可所在網路的執行機制,並且能夠主動為其作出貢獻。

當然,作出貢獻了也會有一定的獎勵,這也就是我們常說的區塊獎勵。一般來說,伴隨著共識機制而發展的就是這個網路的經濟激勵機制。

將共識與經濟激勵機制相結合,就會有更多人參與其中,使用者和開發者組成的社羣逐漸發展,最後會在這個網路上形成一個龐大的生態。

那麼什麼是共識,共識機制又是如何執行的呢?

舉個簡單的例子,在金庸先生的小說中,各大武林高手彙集,一般來說,武林高手都是實力派,誰也不服誰。

那江湖誰來治理?誰說了算呢?畢竟大家都是有底子的,那就簡單粗暴一點,一輪一輪打,誰打贏了誰就是公認的武林盟主,大家都聽從這個最強大的人。誰能夠在擂臺上接受眾人的挑戰,並且戰勝到最後,誰就說了算,大家都認可這種形式,這就形成了一種共識,打擂臺這種方式就是產生共識的共識機制。

圖片來源於網路

同樣的,在分散式網路的區塊鏈中,各個節點如何就交易資料、貢獻和獎勵方面達成一致性呢?這就需要用到區塊鏈中所說的共識機制了。

不同的網路會選擇各自的一套共識機制來使得該網路中的所有節點之間形成普遍認可。總的來說,在區塊鏈中,共識就是大家都認可並且願意自覺遵守的一種規則。

接下來,小編為大家介紹幾種應用廣泛的共識機制:POW(工作量證明機制)、POS(權益證明機制)、POC(容量證明機制)、POA(權威證明機制)、CPOC(有條件的容量證明機制)

1、POW(工作量證明機制)

POW是第一個區塊鏈共識演算法,自2009年以來,伴隨著Bitcoin的產生而出現。簡單來說,POW共識演算法就是確認網路參與者的工作量,並給予一定的獎勵。

在POW共識演算法中,要求發起者進行一定量的運算,也就意味著需要消耗一定量的運算時間。在該演算法的執行方式中,網路參與者在區塊鏈中新增一筆交易時,必須先解決某種複雜的計算問題。

這種方法可以確保網路參與者花費了一定的時間和資金來完成工作,這表明了他們不會損害區塊鏈的系統,因為對系統的損害會損失他們自身的利益。

比如Bitcoin和以太坊都是採用POW的共識演算法,目前是共識最為強大的兩大區塊鏈網路。POW的優點是一種最安全的共識演算法,能夠有效防止51攻擊,自2009年面世以來,得到了廣泛的認可。缺點是耗能較大,且吞吐速度較慢。

圖片來源:https://blockchain.coinmarketcap.com/zh/chain/bitcoin

2、POS(權益證明機制)

POS也被成為股權證明,類似於銀行存款。這種共識演算法下,會根據網路參與者所持有的數字資產和持有的時長分派相對應的獎勵,也就是類似於銀行給存款發放的利息。

POS的出現實際上是為解決POW存在的耗能大的問題,所以它沒有使用計算的功能,網路參與者不需要耗費巨大的能量,而是必須具有代表這個網路的數字資產。

網路參與者擁有的該數字資產越多且持有的時間越長,證明參與者對該網路的貢獻越多,也就越值得信賴,在該網路中參與者獲得下一個區塊獎勵的概率就越大。

例如以太坊正在從POW轉向POS共識演算法。在以太坊網路的POS共識演算法中,使用者需要質押 32 ETH(以太坊的數字資產) 才能成為驗證者。驗證者被隨機選擇來建立區塊,並負責檢查和確認他們沒有建立的區塊,使用者所質押的ETH也能夠獲得一定的質押獎勵。

POS的優點在於攻擊成本高、節能、可擴充套件性大,且只要是有該網路的數字資產就能參與該網路,所以不易受規模經濟的影響。缺點是一旦遭受完整的攻擊,則整個網路就會失去價值。

圖片來源:https://ethereum.org/en/

3、POA(權威證明機制)

POA不是獨立的共識演算法,而一種結合了POW和POS的共識演算法。在POA共識演算法中,每個活躍節點首先按照POW的機制,需要不斷進行雜湊計算,當節點計算出正確的雜湊值並經過成功驗證以後,則會將該區塊作為資料來源,匯出N個隨機的股權所有者。這些被選出來的股權所有者,就是被首先認可的賬戶,稱之為驗證人節點。

驗證人節點必須要先對自身的身份進行認證,這裡需要使用被廣泛認可的並且存在於公共公證資料庫中的身份,這是一個強制性過程。

同時,POA演算法要求所有的驗證人節點全部線上,任意一個驗證人節點不線上,則會使得生成的新區塊無法獲得驗證,從而導致新區塊被丟棄。

POA共識演算法會週期性的統計被丟棄區塊的數量,並根據該數量來調整驗證人節點的數量,若丟棄區塊的數量較多,則減少驗證人節點數量,反之,則會增加驗證人節點。

例如公鏈賽道中的VeChain,由該專案基金會指定“權威主節點”,來維護VeChain網路的執行,每個節點運營商在任何給定時間必須持有至少 25,000,000 個 VET。

目前所對應的權威機構由101個VeChain“雷霆之源”超級節點組成,權威主節點是唯一被授權在VeChain雷神區塊鏈上打包區塊的節點,他們將獲得每個區塊交易費用的 30% 的獎勵。

POA共識演算法的優點是可以防止具有強大算力但僅持有少量股權的攻擊者,其中POS部分使得這些攻擊者得到出塊的可能性是非常小的,因此無法進行有效攻擊。而驗證人節點依靠資產獲利,這會使得驗證人長期持有該資產,有利於該數字資產的保值和減少波動。POA的缺點是略微中心化,通常不能保證抗審查力。

圖片來源:https://www.vechain.org/

4、POC(容量證明機制)

POC也被成為空間證明,該演算法類似於POW,只不過是用空間代替了CPU進行計算。

在POC共識演算法中,網路參與者利用計算機的硬碟空間,來儲存提前運算好的雜湊值。硬碟容量越大,儲存在硬碟裡的雜湊值就越多,在區塊網路中就越容易匹配到所需的雜湊值,從而獲得更多的區塊獎勵。

POC共識演算法要求提前計算好雜湊值並儲存在硬碟中,所以網路參與者並不需要進行實時計算,只需要在硬碟中進行掃盤,以此來找到與區塊所匹配的雜湊值就能生成新的區塊,也就是說,相比於POW而言,POC共識演算法能夠省去大量的計算時間和耗費的能量。

例如分散式儲存賽道的Chia,在Chia剛出來的時候其“綠色BTC”、低門檻等特色吸引了一大波區塊鏈領域人士紛紛入場。

透過不斷地掃描硬碟中與區塊匹配的雜湊值,來獲得區塊獎勵。目前Chia全網的容量已經高達32.16EiB(資料截止到11月1日),是當前全網容量最大的一個分散式儲存類專案。

POC共識演算法的優勢在於節能環保、參與門檻低,只要有硬碟就能參與到該網路中。缺點在於,POC的廣泛採用可能會引發生產更高容量硬碟的競賽,增加個人參與門檻和被攻擊的風險。

圖片來源:https://xchscan.com/

5、CPOC(有條件的容量證明機制)

CPOC是在POC共識演算法上進行升級的一種共識演算法,增加了POS共識機制。在CPOC共識演算法中,網路參與者也是利用硬碟空間來儲存雜湊值,從而參與區塊獎勵的競爭。與此同時,網路參與者還能夠用自己持有的數字資產進行質押,以此來獲得更多的區塊獎勵。

在CPOC共識演算法中,實現了真正的低門檻參與。其一,CPOC是用硬碟來參與該網路,網路中的節點成本低,利用閒置的硬碟也能參與其中;其二,持有該網路中的數字資產也能夠參與其中並獲得獎勵,且通常來說,質押數字資產越多的網路參與者獲得的區塊獎勵也就越多。

例如以Bitcoin底層程式碼為基礎,進一步新增智慧合約,開發應用程式並發展其生態系統的“BTC3.0”--分散式搜尋引擎QitChain,最終目標是成為有效資訊聚合器,其內在經濟機制中採用了CPOC的共識演算法。有硬碟或者有該數字資產的個人或機構均可以參與到該網路中,網路參與者能夠利用硬碟中填充的雜湊值來獲得一定的區塊獎勵,並且還能夠透過質押其數字資產可以提高區塊獎勵數量,質押最多的前十大節點可以獲得更多的獎勵。

圖片來源:https://www.qitchain.org/

CPOC共識演算法的優點在於耗能低、綠色環保;在POS的機制下,該網路中的數字資產能夠獲得有效需求,支撐該網路的內部迴圈。缺點在於CPOC共識演算法是一種創新的共識機制,需要不斷髮展其應用才能獲得更強大的共識。

五、成敗在於共識

除以上所提到的5種共識機制以外,還有DPOW(延時工作量證明機制)、DPOS(授權股權證明機制)、PBFT(實用拜占庭容錯機制)、DBFT(授權拜占庭容錯演算法)、POB(燒燬證明機制)等等共識演算法,這些基本上都是在為了在區塊鏈網路中形成更強大、被更多人所認可的共識。

一次又一次的創新都是在豐富整個區塊鏈領域,每一種共識演算法都各有千秋。總的來說,只要是能夠獲得大家認可,並參與其中,用貢獻來換取獎勵,真正實現生態迴圈發展,就是成功的共識。

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