区块链共识机制有哪些？怎么样？
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晕眩的大博7星评价
2020-10-29 10:35:03
现有区块链项目的主要共识机制为由比特币系统首创的工作量证明机制POW和由点点币系统首创的权益证明机制 POS以及少部分项目采用修改后的BFT(拜占庭容错)的共识机制。
一、POW机制
POW的全称为Proof of Work,翻译过来即“工作证明”或者“工作量证明”。挖矿获得多少货币奖励，取决于挖矿贡献的有效工作，也就是说矿机的性能越好、挖矿的时间越长，所获得的货币奖励就越多。
BTC就是POW机制下最成功的加密货币。POW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平，但在现有框架下，采用POW的“挖矿”形式，将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平，并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS(5笔/秒)，以太坊目前受到单区块GAS总额的上限，所能达到的交易频率大约是25TPS，与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。
二、POS机制
POS 即权益证明或者股权证明，全称为 Proof of Stake。权益证明模式就是根据所持有货币的量和时间，来发利息的的一个模式。
POS机制下较为成熟的数字货币是Peercoin(点点币)和NXT(未来币)，相比于POW，POS机制节省了能源，引入了“币龄”这个概念来参与随机运算。POS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去，而不需要额外购买设备(矿机、显卡等)。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关，即持有人持有的代币数量越多、时间越长，其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块，持币人持有的“币龄”即清零，重新进入新的循环。
在POS机制下，因为区块的签署人由随机产生，则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块，尽可能多的去清零他的“币天”。因此整个网络中的流通代币会减少，从而不利于代币在链上的流通，价格也更易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况，整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言，PoS机制下作恶的成本很低，因此对于分叉或是双重支付的攻击，需要更多的机制来保证共识。稳定情况下，每秒大约能产生12笔交易，但因为网络延迟及共识问题，需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看，生成区块(即清零“币龄”)的速度远低于网络传播和广播的速度，因此在PoS机制下需要对生成区块进行“限速”，来保证主网的稳定运行。
所以，由比特股首创的权益代表证明机制 DPOS(delegated proof of stake)应运而生。
三、DPOS机制
DPOS即授权股权证明(delegated proof of stake)。
DPoS机制要求在产生下一个区块之前，必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的“全民挖矿”，DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接选取可信任节点，由这些可信任节点(即见证人)来代替其他持币人行使权力，见证人节点要求长期在线，从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度，在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别，非常适合企业级的应用。比如：公信宝数据交易所对于数据交易频率要求高，更要求长期稳定性，因此DPoS是非常不错的选择。
Finchain是一个专注于金融行业商业应用的公有区块链，商业应用需要低成本和高效率，而金融行业在其基础之上更需要高稳定性和安全性。所以，Finchain也采用经市场检验过的 DPOS 授权股权证明机制。
四、POI机制
POI(Proof of Importance)，即重要性证明。
POI算法提供了一种分布更为均匀的挖矿方法。人们既不需要使用更强劲的机器，也不需要持有更多的股份来获取更多的奖励。只需要向整个经济体证明自己的重要性来获取区块奖励。这样它也无须特殊的挖矿硬件，能运行在一个树莓派设备上，因此它省电环保，有助于解决让人们头疼的地球高碳排放带带来的温室变暖问题。很显然，重要性证明可以解决比特币生态中的大量资源浪费和挖矿设备之间的竞争问题。除此之外，在重要性证明方案下，有钱并不意味着重要，它更看中的是交易量、活跃度，以及和谁做的交易。这些特性可以去除其他所有 POS系统都拥有的弊端，即进入让富者更富这样的循环。
重要性证明机制算法最重要的应用是新经币NEM 。一个NEM用户的重要
性取决于他拥有多少数量的货币和他的钱包交互数量。相比而言，其他数字货
币并没有考虑一个结点对网络所有的支持作用。一些工作证明机制只需要一个结点拥有大量的数字货币去形成区块，对于NEM而言，货币传输的数量同样也是对网络的一项支持因素，这会鼓励用户不仅是持有NEM,而是积极在NEM系统内开展交易。因此，在重要性证明币种中，酬金是以一种精妙且平衡的方式决定并发送至用户的。
五、POA 机制
POA (Proof of Asset),即资产证明。
Digix通过它的资产证明(POA)协议为实体资产代币化和文档化提供了使用实例。这是笔者在后面推荐DGX代币的最重要的原因它诞生于一个非常有意义的创新项目里。Digix资产证明(POA)认证过程在以太坊上记录和提供一项资产的审计跟踪，用以创建POA资产卡。这些资产卡通过来自监管链参与者(即黄金供应商、托管商和审计商)的连续数宇签名获得认证，数字签名进一步通过被提供和上传到IPFS(星际文件系统所永久保存起来的购买和存储收据证明所确认。
六、POB 机制
POB (Proof of Burn),即烧毁证明。
创建新区块的人必须为创建新的货币支付费用。这些费用将按照预先规定的比例或者算法转换为新的货币。合约币XCP)就是通过烧毁比特币而产生。
数字货币算法还有购买证明(Proof-of-Purchase)、时间证明(Proof-of-time)、身份证明(Proof-of-identity)和混合证明(Combining Proofs)等。
夏亮@mar6星评价
2020-10-26 10:39:30
区块链的基础是P2P分布式网络，加密算法，共识机制等。在这些基础的技术中，共识机制的重要性是不言而喻的。目前主要几类共识算法如下：PoW、PoS、DPoS、Ripple Consensus、Pool验证池。
以下将逐一简单介绍这些机制内容：
第一：工作量证明
工作量证明(简称PoW)通常只能是结果证明，检测结果是比较低效且繁琐的。它依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗较大,虽然共识机制高，但可监管性弱，而且每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率较低，可允许全网50%节点出错。
优点：完全去中心化，节点可自由进出。
缺点：(1)因BTC已经吸引全球大部分的算力，其他区块链如果再使用PoW共识机制就很难获得相同的算力来保证安全;
(2)造成大量的资源浪费;
(3)共识达成的周期较长。
第二：权益证明
权益证明(简称PoS)的主要理念是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，与 PoW相比，它减少了数学运算带来的资源浪费，性能也得到相应的提升，但依然是基于哈希运算，竞争获取记账权，可监管性较弱。
对于容错性方面则与PoW相同，它又是PoW的一种升级。根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例地降低挖矿难度，从而加快找到随机数的速度。
优点：缩短了共识达成时间，不再需要大量消耗电力去挖矿;
缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决应用商业上的痛点;所有的确认都只是在一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情。所以，理论上存在被攻击的可能。
第三：股份授权证明
股份授权证明(DPoS)与PoS的主要区别在于节点选举若干个代理人，由代理人验证和记账，但其监管、性能、资源消耗和容错性与POS相似。通俗的理解类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，由节点进行代理验证和记账。
整个投票的模式是：成为代表----授权投票----保持代表诚实----抵抗攻击
优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。
缺点：共识机制还是需要代币而很多商业是不需要代币的。
第四：投注共识
投注共识是属于PoS。Casper的共识是按区块达成的，而不是像PoS那样按链达成的。它有特殊的惩罚机制，比如：如果您两次的投注序号一样，或者说您提交了一个无法让Casper依照合约处理的投注，您将失去所有的保证金。这是为了验证人在不同的世界中提供不同的投注，从而可以遏制非法节点恶意攻击网络，让其得不到交易费并没收保证金，大大提升非法节点的攻击风险。
Casper协议下的验证人需要完成出块和投注两个活动，具体如下：出块是一个独立于其他所有事件而发生的过程，验证人收集交易，当轮到他们出块的时间时，他们就制造一个区块，并签名后，发送到网络上。目前验证方式的设计还是模仿传统的拜占庭容错共识即：取33%处的值，向0或者1进一步移动。
第五：瑞波共识机制
瑞波共识算法是使一组节能够基于特殊节点达成共识。初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员必须由俱乐部51%的会员投票通过。这51%的成员拥有绝对的权力，外部人员没有权力，所以，这种机制更具有中心化的概念。
第六：Pool验证池
基于传统的分布式一致性技术以及数据验证机制。
优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法的基础上，可实现秒级共识验证。
缺点：多方参与的中心化商业模式。
第七：实用拜占庭容错
在分布式计算上，不同的计算机通过信息交换尝试达成共识，但有时候会因为计算机系统出错或交换错的信息，导致影响系统的一致性。对于拜占庭将军这种问题，通过的解决方法是：计算机的总数>三台有问题的计算机+1以此方法来得以实现解决问题的一致性。
讲通俗些就是采用“少数服从多数”来选举领导者并进行记账的共识机制，该机制允许拜占庭容错，允许强监管节点参与，具备权限分级能力，性能高，耗能低，而且每一轮记账都会由全网节点共同选举领导者，允许33%的节点作恶，容错性为33%。
第八：授权拜占庭容错
在实用拜占庭容错的基础上进行了以下改进：
(1)将C/S(客户机/服务器)架构的请求响应模式改进为合适P2P网络的对等节点模式;
(2)将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的共识参与节点;
(3)为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点(记账节点);
(4)在区块链中引入数字证书，解决了投票中记账节点真实身份的认证问题。
优点：专业化的记账人;可以容忍出错;记账由多人协同完成;每一个区块都有最终性，不会分叉;算法的可靠性有严格的数学证明。
缺点：当1/3及以上的记账人停止工作后，系统将无法提供服务;当1/3及以上的记账人联合作恶，且其他所有的记账人被恰好分割两个网络时，恶意记账人就可以使系统出现分叉。
总之，授权拜占庭容错机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
九：帕克索斯算法
这是一种传统的分布式一致性算法，是一种基于选举领导者的共识机制。领导者节点拥有绝对权限，并允许强监管节点参与，其性能高，资源消耗低。所有节点一般有下线准入机制，但选举过程中不允许有作恶节点，不具备容错性。
十：WDC混合共识算法
WDC主链采取的是DPoS+PoW混合共识算法。对于DPoS的加入，社区节点通过抵押以及投票，动态选出每一个纪元的前15名作为矿工。对于PoW，机制比较简单，就是在创世区块设定一个难度目标值，作为难度1，然后每个挖矿节点进行一个哈希计算，哈希计算出来的值小于难度目标值就算是获得了打包权。