在蜂巢學(xué)院公開課第二課上，導(dǎo)師郝玉琨（萬向區(qū)塊鏈新鏈空間負(fù)責(zé)人）用通俗易懂的例子講解了了解區(qū)塊鏈必須要掌握的10個(gè)核心關(guān)鍵詞，其中有一個(gè)是“共識(shí)”。在課上，導(dǎo)師解釋了什么是共識(shí)，并提到PoW、PoS、DPoS是目前公有鏈常見的共識(shí)算法。

在區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制這片江湖里，除了PoW、PoS、DPoS“三秀”外，還有數(shù)個(gè)小弟隱于其中，他們雖然沒有那么大的名聲，但也有公鏈在用。這篇文章，將簡(jiǎn)單介紹10種共識(shí)機(jī)制，讓大家更多地了解區(qū)塊鏈的共識(shí)。

首先，我們?cè)賮韽?fù)習(xí)下什么是共識(shí)。

什么是共識(shí)

舉個(gè)例子，你約了一幫人玩游戲，玩游戲之前要定下游戲規(guī)則，規(guī)定好輸贏的獎(jiǎng)懲措施。游戲規(guī)則需要每個(gè)參與游戲的人同意并達(dá)成一致，這樣才能保證整個(gè)游戲的公平性，讓每個(gè)參與者都玩得開開心心。這個(gè)游戲規(guī)則就是一個(gè)“共識(shí)協(xié)議”。

在區(qū)塊鏈中也一樣，共識(shí)是一個(gè)決策過程，它的目標(biāo)是確保所有參與者在添加新數(shù)據(jù)塊后，能就其當(dāng)前狀態(tài)達(dá)成一致。換言之，共識(shí)協(xié)議確保了一條鏈的正確性，并為做出貢獻(xiàn)的參與者提供了激勵(lì)措施。共識(shí)協(xié)議對(duì)區(qū)塊鏈來說是非常重要的，它可以防止一個(gè)人單獨(dú)控制整個(gè)系統(tǒng)，并確保每個(gè)人都遵守網(wǎng)絡(luò)規(guī)則。以比特幣區(qū)塊鏈為例，雖然中本聰創(chuàng)造了比特幣區(qū)塊鏈，但TA對(duì)這條鏈并沒有所有權(quán)，比特幣區(qū)塊鏈完全是透明和開放的，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的。

總結(jié)來說，一個(gè)協(xié)議就是一套規(guī)則，它有助于：

· 確保在線交易的可行性；

· 消除雙重?fù)p毀的可能性；

· 確保參與者不作弊。

區(qū)塊鏈協(xié)議還包含：

· 確定性的邏輯規(guī)則；

· 以加密技術(shù)和密碼學(xué)作為安全基礎(chǔ)；

· 使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議得以延續(xù)的激勵(lì)措施。

目前行業(yè)里有多種區(qū)塊鏈協(xié)議，其中PoW（工作量證明）和PoS（權(quán)益證明）是最早的協(xié)議，通常也是其它共識(shí)協(xié)議的原型。讓我們來看看它們各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)。

Proof-of-Work（PoW）

工作原理：很難找到解決方案，但很容易檢測(cè)結(jié)果的正確性。

使用范圍：公有鏈

使用案例：比特幣、以太坊、萊特幣。

要添加一個(gè)新塊，參與者必須證明TA已經(jīng)完成了多少量的工作。更準(zhǔn)確地來說，要證明TA解決了一個(gè)非常困難的任務(wù)，即找到了符合特定規(guī)則的哈希值。第一個(gè)找到正確哈希值的人即可獲得在鏈上添加新塊的機(jī)會(huì)。

因此，參與PoW意味需要大量的計(jì)算資源成本，如電費(fèi)、CPU等。盡管點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的可擴(kuò)展性不錯(cuò)，但PoW處理交易的效率很低。它的另一個(gè)問題是，參與者的動(dòng)機(jī)通常是為了致富而不是為了維護(hù)“正義”。隨著時(shí)間的推移，降低挖礦費(fèi)用和傭金，會(huì)極大地影響網(wǎng)絡(luò)安全。

PoW的優(yōu)勢(shì)在于，能確保兩個(gè)互不信任的參與者在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中工作。任何人都可以加入網(wǎng)絡(luò)，而不需要任何許。盡管點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的可伸縮性很高，但是事務(wù)處理率仍然很低。

Proof-of-Stake （PoS）

工作原理：網(wǎng)絡(luò)信任驗(yàn)證者，驗(yàn)證者抵押自己的資源作為創(chuàng)建塊的能力保障。抵押的資源越大，網(wǎng)絡(luò)允許這個(gè)驗(yàn)證者創(chuàng)建塊的概率就越高。

使用范圍：公共/私有區(qū)塊鏈。

使用案例：Cosmos、Tezos、Ethereum也正準(zhǔn)備從PoW轉(zhuǎn)向PoS。

PoS的技術(shù)特點(diǎn)是沒有復(fù)雜和不必要的計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)參與者不與其他人競(jìng)爭(zhēng)，而是抵押他們的資源，如在以太坊區(qū)塊鏈中的抵押以太幣，并等待他們被選中來創(chuàng)建一個(gè)新的塊。

參與者對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全很看重，因?yàn)樗麄冏约菏掷锍钟芯W(wǎng)絡(luò)中的TOKEN。系統(tǒng)根據(jù)參與者所擁有的 “股權(quán)”來選擇驗(yàn)證者，如參與者擁有5%的股份，那么將驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)中5%的交易。PoS的想法是驗(yàn)證者持有的“股份”比例越高，TA操縱驗(yàn)證程序的興趣就越低。

與PoW算法一樣，PoS中交易的完成是概率性的。盡管與PoW相比，PoS的交易速度相對(duì)較快，但它仍然需要TOKEN。有人指出，擁有大量股份的驗(yàn)證者將會(huì)有更大概率被選中，因此會(huì)導(dǎo)致“富者更富”。

Delegated-Proof-of-Stake （DPoS）

工作原理：參與者將新塊的生產(chǎn)委托給一小群被選出來的、數(shù)量固定的驗(yàn)證者。競(jìng)爭(zhēng)激烈，但回報(bào)豐厚。

使用范圍：公共/私有區(qū)塊鏈。

使用案例：Eos、Bitshares

DPoS通過減少驗(yàn)證者的數(shù)量來提高交易速度以及創(chuàng)建塊的速度。驗(yàn)證者是TOKEN持有者通過投票選出來的，新塊由驗(yàn)證者而不是TOKEN持有者創(chuàng)建。每票的權(quán)重由投票人的資產(chǎn)總和決定。投票人可以在任何時(shí)候投票給驗(yàn)證者。這決定了網(wǎng)絡(luò)的高度靈活性，如果大多數(shù)驗(yàn)證者失敗或出現(xiàn)問題，那么社區(qū)將立即投票選出新的驗(yàn)證人來替代他們。

每個(gè)新塊的產(chǎn)生需要1-2秒的時(shí)間。與PoS相比，DPoS更快更公平，因?yàn)楸晃械尿?yàn)證人將會(huì)與為他們投票的人共享獲得的獎(jiǎng)勵(lì)。

Proof-of-Activity （PoA）

工作原理：PoW和PoS的混合。

使用范圍：公共區(qū)塊鏈。

使用案例：Decred。

活動(dòng)證明（PoA）結(jié)合了PoW和PoS協(xié)議，這意味著參與者可以挖礦或抵押權(quán)益來驗(yàn)證區(qū)塊。因此，PoA協(xié)議在礦工和普通網(wǎng)絡(luò)成員之間提供了平衡。

Proof-of-Location （PoL）

工作原理：信標(biāo)用于查看處于同步狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，然后用臨時(shí)標(biāo)記來標(biāo)記其存在。

使用范圍：公共區(qū)塊鏈。

使用案例：FOAM、Platin。

位置證明（PoL）允許用戶保護(hù)特定的GPS位置，從而在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行身份驗(yàn)證。這個(gè)區(qū)塊鏈協(xié)議依賴于BFT信標(biāo)，它在區(qū)塊鏈中記錄地理位置和時(shí)間標(biāo)記，從而防止系統(tǒng)中斷和欺詐。

Proof-of-Importance （PoI）

工作原理：和PoS類似，但是有影響排名的附加條件。

使用范圍：公共區(qū)塊鏈。

使用案例：NEM。

算法和PoS類似，但包含三個(gè)部分：賬戶內(nèi)的TOKEN數(shù)量；賬戶活躍度；帳戶持有人在網(wǎng)絡(luò)上花費(fèi)的時(shí)間。

第一個(gè)參數(shù)在驗(yàn)證交易的評(píng)級(jí)中起著至關(guān)重要的作用；第二個(gè)和第三個(gè)參數(shù)只是幫助建立賬戶的“價(jià)值”。TOKEN的數(shù)量越小，其他參數(shù)的影響越大。

因此，一個(gè)擁有數(shù)十萬TOKEN的賬戶，由于其活躍性和上網(wǎng)時(shí)間，可以將重要性系數(shù)提高近3倍。反之，擁有數(shù)億TOKEN的人，如果不夠活躍以及上網(wǎng)時(shí)長(zhǎng)不夠，其重要性將降低。

Proof-of-Elapsed-Time （PoET）

工作原理：塊是在相同的時(shí)間里以及受信任的環(huán)境中創(chuàng)建的。

使用范圍：私有/聯(lián)盟區(qū)塊鏈。

使用案例：Intel。

英特爾開發(fā)了自己的區(qū)塊鏈協(xié)議，IntelLedger。

該系統(tǒng)類似于工作證明，但使用的電力較少。該算法不是參與者解決密碼難題，而是在受信任的執(zhí)行環(huán)境環(huán)境中工作，如Intel Software Guard Extensions（SGX）。PoET協(xié)議保證這些塊是隨機(jī)生成的，不受其它因素干擾。

Proof-of-Authority （PoA）

工作原理：用于銀行和保險(xiǎn)公司的半中心化區(qū)塊鏈協(xié)議。

使用范圍：聯(lián)盟/私有區(qū)塊鏈。

使用案例：Kovan、Rinkeby、Giveth、Tomochain、Rublix、Swarm City、Colony、Go-Chain。

與PoS和DPoS類似，在POA中，驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)保護(hù)區(qū)塊鏈并生成新的區(qū)塊。區(qū)塊鏈上的新塊只有在驗(yàn)證器達(dá)到最大值時(shí)才會(huì)創(chuàng)建。區(qū)塊鏈上的新塊，只有當(dāng)驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)達(dá)到最大值時(shí)才會(huì)被創(chuàng)建。

通過預(yù)先選定驗(yàn)證人，Proof of Authority并沒有那么去中心化。因此，這種共識(shí)協(xié)議更適合私有或者聯(lián)盟區(qū)塊鏈，如銀行和保險(xiǎn)公司。所有驗(yàn)證人的身份都是公開的，可由任何第三方進(jìn)行驗(yàn)證。因此，驗(yàn)證人的行為是為了使網(wǎng)絡(luò)利益最大化。

Proof of Capacity （PoC） or Proof of Space （PoS）

工作原理：礦工可執(zhí)行的工作量取決于其磁盤可用空間量。

使用范圍：公共區(qū)塊鏈。

使用案例：Burstcoin、Bitcoin Ore。

PoC類似PoW，但兩者有個(gè)顯著區(qū)別，在PoC中，不需要做大量的工作來驗(yàn)證每個(gè)區(qū)塊，這些工作在”Plotting”（繪圖）的過程中提前完成了，此過程的結(jié)果用于后面驗(yàn)證每個(gè)塊。Plotting是生成稱為“plotting file”的特殊文件的過程，該文件存儲(chǔ)大量預(yù)先計(jì)算好的哈希值。最短的解決方案被授予挖掘下一個(gè)塊的權(quán)限。PoC具有高效、成本低和分布式的優(yōu)點(diǎn)。

Proof-of-Concept （PoC）

PoC可用于任何領(lǐng)域，括投票追蹤、記錄存儲(chǔ)、法律文件等。PoC可以是沒有任何支持代碼的原型，也可以是具有基本功能集的最小可行產(chǎn)品（MVP）。PoC是組織內(nèi)部用來更好地理解特定項(xiàng)目的模型。

共識(shí)協(xié)議是區(qū)塊鏈不可分割的一部分。它們有助于實(shí)現(xiàn)公正，也能避免當(dāng)一個(gè)或部分參與者節(jié)點(diǎn)失敗時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障。其次，也有助于互不信任的參與者在去中心化的環(huán)境中達(dá)成“共識(shí)”。

上文只簡(jiǎn)單介紹了部分共識(shí)協(xié)議，還有很多協(xié)議未囊括其中，如Practical Byzantine Fault Tolerance（PBFT）、Proof-of-Brain （PoB）、Proof-of-Physical-Address （PoPA）、Proof-of-Bank-Account （PoBA）等。在蜂巢學(xué)院公開課第三課上，將詳細(xì)介紹比特幣的共識(shí)協(xié)議（PoW）。導(dǎo)師吳為龍（趣派科技CTO），是行業(yè)早期參與者和第一批區(qū)塊鏈開發(fā)者，他將會(huì)結(jié)合自己多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為大家通俗易懂地講授比特幣的起源、發(fā)展、治理等各種知識(shí)，讓大家離區(qū)塊鏈更近一步。
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