什么是共识机制?
区块链共识机制是一种自动化系统,旨在实现两个主要目标。
1、确保分布式、无领导的网络验证者社区能够高效、一致地就区块链账本上的新数据和现有数据达成一致。
2、确保所有网络验证者都遵守协议规则并诚实地履行其职责。
数据验证是指验证新信息是否准确有效。这在去中心化系统中非常重要,尤其是去中心化的货币系统。如果允许将无效的交易信息添加到区块链中,例如虚假余额或双花交易,这将完全破坏该数据库的完整性。
没有一个完整的数据库,没有人会信任它,也没有人会使用它。
共识机制用来解决的还有一个关键问题:网络安全。
比特币的创造者中本聪是第一个认识到共识机制也可以兼作一个有效的系统,以阻止不良行为者试图通过多数攻击(获得对网络 50% 以上的控制权)来接管网络。这是一项革命性的创新,帮助巩固了比特币协议作为第一个全球可行的去中心化加密货币的地位。
共识机制如何运作?
虽然不同的区块链使用了许多类型的共识机制,但其中大多数从根本上讲是通过要求验证者节点进行某种投资和/或花费大量精力来工作,然后才能被授予提出和验证新数据块的权利。
这背后的想法很简单。从理论上讲,投入自己的时间和金钱参与网络的验证者不太可能尝试破坏网络,因为如果这样做,他们会失去一些东西。
简而言之,共识机制只是通过胁迫(惩罚威胁)和/或激励(为良好行为获得奖励)来鼓励验证者遵守规则的系统。
主要的共识机制是什么?
正如我们所提到的,在当今的加密行业中,各种区块链采用了许多不同的方法来达成共识。
然而,两种最流行的是工作量证明 (PoW) 和权益证明 (PoS) 共识机制。
工作量证明 (PoW)
工作量证明是比特币和各种其他加密货币使用的共识机制。
中本聪于 1993 年首次由计算机科学家辛西娅·德沃克 (Cynthia Dwork) 和莫尼·纳奥 (Moni Naor) 开发,作为防止垃圾邮件的一种手段,中本聪采用了这一概念并将其改编为用于去中心化货币体系。
PoW 的工作原理是要求被称为“矿工”的验证者购买、租赁或外包计算设备,并将这种权力用于赢得基于密码学的竞争以换取奖励。这个过程通常被称为加密货币挖矿。
挖矿的完整详细信息可以在这里找到 。
通过要求验证者投资计算设备并支付与运行设备相关的持续成本,PoW 背后的想法是潜在的恶意代理将推迟完成所有这些努力。同样,区块奖励的激励结构——赢得挖矿竞赛所获得的奖励——意味着诚实的参与可以得到很好的补偿。
在提供安全性方面,随着越来越多的矿工加入网络和设备复杂程度的提高,攻击比特币区块链的成本呈指数级上升。这是因为肇事者必须获得极其大量的计算能力才能获得网络其他部分 51% 的多数。即便如此,也不能保证他们每十分钟就赢得一次挖矿竞赛,成功建立无效的新区块链。
权益证明 (PoS)
权益证明是一种相对较新的共识机制,由 Sunny King 和 Scott Nadal 于 2012 年首创。与工作量证明一样,PoS 实现了共识机制的相同关键目标,但以独特的方式实现。
为了成为基于 PoS 的区块链上的验证者,参与者需要在智能合约中购买并锁定一定数量的相应项目的原生加密货币。这称为质押 。
质押智能合约本质上就像一个托管账户,根据每个区块链协议的具体条件将代币锁定固定或可变的持续时间。
验证者由协议随机选择,在设定的时间段(通常称为纪元)内提出新区块。质押者可以通过增加他们专用于质押的代币或代币数量来增加被选中提出新区块的可能性。
该系统的工作原理类似于彩票系统,您拥有的彩票越多,赢得头奖的几率就越大。但同样,不能保证您每次都会中奖,就像彩票一样。拥有一张彩票的人仍然可以击败拥有数千张彩票的人。这同样适用于加密货币质押。
Peercoin 是第一个采用这种机制的加密货币,尽管以太坊可能是 2022 年完成从 PoW 过渡后最著名的 PoS 区块链示例。
除了锁定代币之外,一些 PoS 共识机制(例如以太坊使用的机制)通过称为“罚没”的过程对不诚实行为进行处罚。
如果协议怀疑有恶意活动,一个人的锁定资金可能会在没有警告的情况下被部分或全部没收或“削减”。这可以强制阻止不良行为,并有助于确保所有网络参与者都遵守规则。
其他类型的共识机制
除了 PoW 和 PoS 之外,还出现了数十种不同的共识机制,它们代表了上述机制的新颖或混合版本。每一次尝试都以各种方式解决拜占庭将军的问题。这些包括:
1、活动证明 (PoA)
2、历史证明 (PoH)
3、重要性证明 (PoI)
4、容量证明 (PoC)
5、销毁证明 (PoB)
6、权威证明 (PoA)
7、委托权益证明 (DPoS)
8、经过时间证明 (PoET)
什么是最好的区块链共识机制?
虽然在最佳共识机制方面没有明显的赢家,但许多人认为 PoS 和 PoW 系统是最有效的。
PoW(挖矿)相对于 PoS(质押)的主要优势在于,它针对 51% 的多数攻击提供了显着更高的安全性。然而,矿工为了实现这种高安全性,集体消耗了大量的能源;近年来,许多环保人士、监管机构和全球企业都对此表示了极大的担忧。PoW 的能源使用是一个复杂的话题,我们在文章《 打破加密神话》中更深入地讨论了这一点:“比特币正在破坏环境。
另一方面,PoS 的能源效率要高得多。不需要耗电机器进行质押,并且多个区块有可能通过分片等扩展解决方案进行串联验证。
话虽这么说,两者都不是完美的,而且都有自己的中心化问题。在这两种情况下,拥有最多资金的人都可以获得相对于网络中其他参与者的不公平优势。
在 PoW 系统中,大型矿业公司主导着该行业,这使得小型业余矿工参与在财务上不可行。
在 PoS 系统中,与网络中的其他人相比,那些质押大量代币的人更有可能提出新区块并获得奖励。
尽管如此,可以说这是大多数(如果不是全部)共识机制的自然副产品。