據了解,共識機制比較常見的有九種:
(1)工作量證明—多勞多得
PoW機制中根據礦工的工作量來執行貨幣的分配和記賬權的確定。算力競爭的勝者將獲得相應區塊記賬權和
比特幣獎勵。因此,礦機芯片的算力越高,挖礦的時間更長,就可以獲得更多的
數字貨幣。
優點:算法簡單,容易實現;節點間無需交換額外的信息即可達成共識;破壞系統需要投入極大的成本。
缺點:浪費
能源;區塊的確認時間難以縮短;新的
區塊鏈必須找到一種不同的散列算法,否則就會面臨比特幣的算力攻擊;容易產生分叉,需要等待多個確認;永遠沒有最終性,需要檢查點機制來彌補最終性。
目前基于PoW共識機制的數字貨幣有很多,比特幣、
萊特幣、狗狗幣、達士幣、門羅幣等初期的數字貨幣大多都是PoW共識機制。
(2)PoS(Proof of Stake)股權證明算法——持有越多,獲得越多
POS 機制采用類似股權證明與投票的機制,選出記帳人,由它來創建區塊。持有股權愈多則有較大的特權,且需負擔更多的責任來產生區塊,同時也獲得更多收益的權力。POS 機制中一般用幣齡來計算記賬權,每個幣持有一天算一個幣齡,比如 持有100個幣,總共持有了30天,那么此時的幣齡就為3000。在 POS 機制下,如果記賬人發現一個 POS 區塊, 他的幣齡就會被清空為0,每被清空365幣齡,將會從區塊中獲得0.05個幣的利息(可理解為年利率5%)。
優點:在一定程度上縮短了共識達成的時間;不再需要大量消耗能源挖礦。
缺點:還是需要挖礦,本質上沒有解決商業應用的痛點;所有的確認都只是一個概率上的表達,而不是一個確定性的事情,理論上有可能存在其他攻擊影響。
最先開始運用權益證明共識機制的
區塊鏈項目是2012年誕生的PeerCoin,
以太坊前三階段均采用PoW共識機制,在第四階段開始以太坊將采用權益證明機制,此外,量子鏈和Blackcoin都采用POS共識機制。
(3)DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授權證明
股份授權證明(簡稱:DPoS)與PoS的主要區別在于節點選舉若干個代理人,由代理人驗證和記賬,但其監管、性能、資源消耗和容錯性與POS相似。通俗的理解類似于董事會投票,持幣者投出一定數量的節點,由節點進行代理驗證和記賬。
整個投票的模式是:成為代表----授權投票----保持代表誠實----抵抗攻擊
優點:大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量,可以達到秒級的共識驗證。
缺點:共識機制還是需要代幣而很多商業是不需要代幣的。
(4)PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)實用拜占庭容錯——分布式一致性算法
實用拜占庭容錯在保證活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容錯性。在分布式計算上,不同的計算機透過訊息交換,嘗試達成共識;但有時候,系統上協調計算機(Coordinator / Commander)或成員計算機 (Member /Lieutanent)可能因系統錯誤并交換錯的訊息,導致影響最終的系統一致性。拜占庭將軍問題就根據錯誤計算機的數量,尋找可能的解決辦法,這無法找到一個絕對的答案,但只可以用來驗證一個機制的有效程度。
而拜占庭問題的可能解決方法為:在 N ≥ 3F+1的情況下一致性是可能解決。其中,N為計算機總數,F為有問題計算機總數。信息在計算機間互相交換后,各計算機列出所有得到的信息,以大多數的結果作為解決辦法。優點:系統運轉可以脫離幣的存在,pbft算法共識各節點由業務的參與方或者監管方組成,安全性與穩定性由業務相關方保證;共識的時延大約在2~5秒鐘,基本達到商用實時處理的要求;共識效率高,可滿足高頻交易量的需求。缺點:當有1/3或以上記賬人停止工作后,系統將無法提供服務;當有1/3或以上記賬人聯合作惡,且其它所有的記賬人被恰好分割為兩個網絡孤島時,惡意記賬人可以使系統出現分叉,但是會留下密碼學證據;去中心化程度不如公有鏈上的共識機制;更適合多方參與的多中心商業模式。
講通俗些就是采用“少數服從多數”來選舉領導者并進行記賬的共識機制,該機制允許拜占庭容錯,允許強監管節點參與,具備權限分級能力,性能高,耗能低,而且每一輪記賬都會由全網節點共同選舉領導者,允許33%的節點作惡,容錯性為33%。
(5)dBFT(delegated BFT)授權拜占庭容錯算法
在實用拜占庭容錯的基礎上進行了改進:
將C/S(客戶機/服務器)架構的請求響應模式改進為合適P2P網絡的對等節點模式;
將靜態的共識參與節點改進為可動態進入、退出的共識參與節點;
為共識參與節點的產生設計了一套基于持有權益比例的投票機制,通過投票決定共識參與節點(記賬節點);
在區塊鏈中引入數字證書,解決了投票中記賬節點真實身份的認證問題。
優點:專業化的記賬人;可以容忍出錯;記賬由多人協同完成;每一個區塊都有最終性,不會分叉;算法的可靠性有嚴格的數學證明。
缺點:當1/3及以上的記賬人停止工作后,系統將無法提供服務;當1/3及以上的記賬人聯合作惡,且其他所有的記賬人被恰好分割兩個網絡時,惡意記賬人就可以使系統出現分叉。
總之,授權拜占庭容錯機制最核心的一點,就是最大限度地確保系統的最終性,使區塊鏈能夠適用于真正的
金融應用場景。
(6)DAG(Directed acyclic graph)有向無環圖——無區塊鏈概念
DAG最初出現就是為了解決區塊鏈的效率問題。其通過改變區塊的鏈式存儲結構,通過DAG的拓撲結構來存儲區塊。在區塊打包時間不變的情況下,網絡中可以并行的打包N個區塊,網絡中的交易就可以容納N倍。之后DAG發展成為脫離區塊鏈,提出了blockless無區塊的概念。新交易發起時,只需要選擇網絡中已經存在的并且比較新的交易作為鏈接確認,這一做法解決了網絡寬度問題,大大加快了交易速度。
優點:交易速度快;無需挖礦;極低的手續費。
缺點:網絡規模不大,導致極易成為中心化;安全性低于PoW機制。
(7)Pool驗證池——私有鏈專用
Pool驗證池,基于傳統的分布式一致性技術,加上數據驗證機制;之前曾是行業鏈大范圍在使用的共識機制,但是隨著私有鏈項目的逐漸減少漸漸開始勢微。
優點:不需要代幣也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基礎上,實現秒級共識驗證。
缺點:去中心化程度不如bictoin;更適合多方參與的多中心商業模式。
自定義共識機制以及混合共識機制——私人訂制
(8)Ripple——RPCA(Ripple Protocol consensus algorithm)
瑞波共識機制RPCA是一個類似PBFT的共識機制,屬于節點投票的共識機制。初始特殊節點列表就像一個俱樂部,要接納一個新成員,必須由51%的該俱樂部會員投票通過。共識遵循這核心成員的51%權力,外部人員則沒有影響力。由于該俱樂部由“中心化”開始,它將一直是“中心化的”,而如果它開始腐化,股東們什么也做不了。與比特幣及點點幣一樣,瑞波系統將股東們與其投票權隔開,并因此比其他系統更中心化。Stellar的共識機制SCP(Stellar Consensus Protocol)就是在“Ripple共識算法”的基礎上演化而來的。
(9)Hcash——PoW+PoS共識機制
Hcash采用混合共識機制后,有Hcash的用戶與礦工均可以參與到投票中,共同參與Hcash社區的重大決定;
Hcash的PoS還為不合格的礦工提供了一個制衡機制;通過PoS+PoW公平的按持幣數量與工作量分配投票權重,可以實現社區自治;通過PoW,使得Hcash有挖礦的硬性成本作為幣價的保證,又制約了單獨PoS機制里數字貨幣過于集中的問題;PoS讓中小投資者著眼于項目的中長期的發展,中小戶更傾向于把幣放在錢包里進行PoS而不是放在交易所隨時準備交易使得Hcash生態更加健康,人們會將注意力更多的放在Hcash技術與落地應用上,而不是僅僅關注短期的價格波動;在安全性上,由于PoW必須通過PoS的驗證才可生效,PoW礦工不能自行決定并改變網絡規則,這有效的抵擋了51%攻擊。
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