区块链中常见的10种共识机制介绍

在蜂巢学院公开课第二课上，导师郝玉琨（万向区块链新链空间负责人）用通俗易懂的例子讲解了了解区块链必须要掌握的10个核心关键词，其中有一个是“共识”。在课上，导师解释了什么是共识，并提到PoW、PoS、DPoS是目前公有链常见的共识算法。

在区块链共识机制这片江湖里，除了PoW、PoS、DPoS“三秀”外，还有数个小弟隐于其中，他们虽然没有那么大的名声，但也有公链在用。这篇文章，将简单介绍10种共识机制，让大家更多地了解区块链的共识。

首先，我们再来复习下什么是共识。

什么是共识

举个例子，你约了一帮人玩游戏，玩游戏之前要定下游戏规则，规定好输赢的奖惩措施。游戏规则需要每个参与游戏的人同意并达成一致，这样才能保证整个游戏的公平性，让每个参与者都玩得开开心心。这个游戏规则就是一个“共识协议”。

在区块链中也一样，共识是一个决策过程，它的目标是确保所有参与者在添加新数据块后，能就其当前状态达成一致。换言之，共识协议确保了一条链的正确性，并为做出贡献的参与者提供了激励措施。共识协议对区块链来说是非常重要的，它可以防止一个人单独控制整个系统，并确保每个人都遵守网络规则。以比特币区块链为例，虽然中本聪创造了比特币区块链，但TA对这条链并没有所有权，比特币区块链完全是透明和开放的，网络中的每个节点都是平等的。

总结来说，一个协议就是一套规则，它有助于：

· 确保在线交易的可行性；

· 消除双重损毁的可能性；

· 确保参与者不作弊。

区块链协议还包含：

· 确定性的逻辑规则；

· 以加密技术和密码学作为安全基础；

· 使网络协议得以延续的激励措施。

目前行业里有多种区块链协议，其中PoW（工作量证明）和PoS（权益证明）是最早的协议，通常也是其它共识协议的原型。让我们来看看它们各自有什么优缺点。

Proof-of-Work（PoW）

工作原理：很难找到解决方案，但很容易检测结果的正确性。

使用范围：公有链

使用案例：比特币、以太坊、莱特币。

要添加一个新块，参与者必须证明TA已经完成了多少量的工作。更准确地来说，要证明TA解决了一个非常困难的任务，即找到了符合特定规则的哈希值。第一个找到正确哈希值的人即可获得在链上添加新块的机会。

因此，参与PoW意味需要大量的计算资源成本，如电费、CPU等。尽管点对点的可扩展性不错，但PoW处理交易的效率很低。它的另一个问题是，参与者的动机通常是为了致富而不是为了维护“正义”。随着时间的推移，降低挖矿费用和佣金，会极大地影响网络安全。

PoW的优势在于，能确保两个互不信任的参与者在一个网络中工作。任何人都可以加入网络，而不需要任何许。尽管点对点的可伸缩性很高，但是事务处理率仍然很低。

Proof-of-Stake （PoS）

工作原理：网络信任验证者，验证者抵押自己的资源作为创建块的能力保障。抵押的资源越大，网络允许这个验证者创建块的概率就越高。

使用范围：公共/私有区块链。

使用案例：Cosmos、Tezos、Ethereum也正准备从PoW转向PoS。

PoS的技术特点是没有复杂和不必要的计算。网络参与者不与其他人竞争，而是抵押他们的资源，如在以太坊区块链中的抵押以太币，并等待他们被选中来创建一个新的块。

参与者对网络安全很看重，因为他们自己手里持有网络中的TOKEN。系统根据参与者所拥有的 “股权”来选择验证者，如参与者拥有5%的股份，那么将验证网络中5%的交易。PoS的想法是验证者持有的“股份”比例越高，TA操纵验证程序的兴趣就越低。

与PoW算法一样，PoS中交易的完成是概率性的。尽管与PoW相比，PoS的交易速度相对较快，但它仍然需要TOKEN。有人指出，拥有大量股份的验证者将会有更大概率被选中，因此会导致“富者更富”。

Delegated-Proof-of-Stake （DPoS）

工作原理：参与者将新块的生产委托给一小群被选出来的、数量固定的验证者。竞争激烈，但回报丰厚。

使用范围：公共/私有区块链。

使用案例：Eos、Bitshares

DPoS通过减少验证者的数量来提高交易速度以及创建块的速度。验证者是TOKEN持有者通过投票选出来的，新块由验证者而不是TOKEN持有者创建。每票的权重由投票人的资产总和决定。投票人可以在任何时候投票给验证者。这决定了网络的高度灵活性，如果大多数验证者失败或出现问题，那么社区将立即投票选出新的验证人来替代他们。

每个新块的产生需要1-2秒的时间。与PoS相比，DPoS更快更公平，因为被委托的验证人将会与为他们投票的人共享获得的奖励。

Proof-of-Activity （PoA）

工作原理：PoW和PoS的混合。

使用范围：公共区块链。

使用案例：Decred。

活动证明（PoA）结合了PoW和PoS协议，这意味着参与者可以挖矿或抵押权益来验证区块。因此，PoA协议在矿工和普通网络成员之间提供了平衡。

Proof-of-LocaTIon （PoL）

工作原理：信标用于查看处于同步状态的节点，然后用临时标记来标记其存在。

使用范围：公共区块链。

使用案例：FOAM、PlaTIn。

位置证明（PoL）允许用户保护特定的GPS位置，从而在网络上进行身份验证。这个区块链协议依赖于BFT信标，它在区块链中记录地理位置和时间标记，从而防止系统中断和欺诈。

Proof-of-Importance （PoI）

工作原理：和PoS类似，但是有影响排名的附加条件。

使用范围：公共区块链。

使用案例：NEM。

算法和PoS类似，但包含三个部分：账户内的TOKEN数量；账户活跃度；帐户持有人在网络上花费的时间。

第一个参数在验证交易的评级中起着至关重要的作用；第二个和第三个参数只是帮助建立账户的“价值”。TOKEN的数量越小，其他参数的影响越大。

因此，一个拥有数十万TOKEN的账户，由于其活跃性和上网时间，可以将重要性系数提高近3倍。反之，拥有数亿TOKEN的人，如果不够活跃以及上网时长不够，其重要性将降低。

Proof-of-Elapsed-TIme （PoET）

工作原理：块是在相同的时间里以及受信任的环境中创建的。

使用范围：私有/联盟区块链。

使用案例：Intel。

英特尔开发了自己的区块链协议，IntelLedger。

该系统类似于工作证明，但使用的电力较少。该算法不是参与者解决密码难题，而是在受信任的执行环境环境中工作，如Intel Software Guard Extensions（SGX）。PoET协议保证这些块是随机生成的，不受其它因素干扰。

Proof-of-Authority （PoA）

工作原理：用于银行和保险公司的半中心化区块链协议。

使用范围：联盟/私有区块链。

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

与PoS和DPoS类似，在POA中，验证人节点保护区块链并生成新的区块。区块链上的新块只有在验证器达到最大值时才会创建。区块链上的新块，只有当验证人节点达到最大值时才会被创建。

通过预先选定验证人，Proof of Authority并没有那么去中心化。因此，这种共识协议更适合私有或者联盟区块链，如银行和保险公司。所有验证人的身份都是公开的，可由任何第三方进行验证。因此，验证人的行为是为了使网络利益最大化。

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

工作原理：矿工可执行的工作量取决于其磁盘可用空间量。

使用范围：公共区块链。

使用案例：Burstcoin、Bitcoin Ore。

PoC类似PoW，但两者有个显著区别，在PoC中，不需要做大量的工作来验证每个区块，这些工作在”PlotTIng”（绘图）的过程中提前完成了，此过程的结果用于后面验证每个块。Plotting是生成称为“plotting file”的特殊文件的过程，该文件存储大量预先计算好的哈希值。最短的解决方案被授予挖掘下一个块的权限。PoC具有高效、成本低和分布式的优点。

Proof-of-Concept （PoC）

PoC可用于任何领域，括投票追踪、记录存储、法律文件等。PoC可以是没有任何支持代码的原型，也可以是具有基本功能集的最小可行产品（MVP）。PoC是组织内部用来更好地理解特定项目的模型。

共识协议是区块链不可分割的一部分。它们有助于实现公正，也能避免当一个或部分参与者节点失败时，系统出现故障。其次，也有助于互不信任的参与者在去中心化的环境中达成“共识”。

上文只简单介绍了部分共识协议，还有很多协议未囊括其中，如Practical Byzantine Fault Tolerance（PBFT）、Proof-of-Brain （PoB）、Proof-of-Physical-Address （PoPA）、Proof-of-Bank-Account （PoBA）等。在蜂巢学院公开课第三课上，将详细介绍比特币的共识协议（PoW）。导师吴为龙（趣派科技CTO），是行业早期参与者和第一批区块链开发者，他将会结合自己多年的行业经验，为大家通俗易懂地讲授比特币的起源、发展、治理等各种知识，让大家离区块链更近一步。