区块链目前的几种共识算法

共识机制：一种对区块链交易达成分布式共识的算法。

区块链是一种去中心化的分布式账本系统，可用于登记和发行数字资产、财产凭证、积分等，并以点对点的方式进行转账、支付和交易。 与传统的中心化账本系统相比，区块链系统具有完全公开、不可篡改、防止多次支付等优势，不依赖任何可信任的第三方。

由于对等网络中的网络延迟很高，每个节点观察到的交易顺序不可能完全一致。 因此，区块链系统需要设计一种机制，对相似时间段内发生的交易顺序达成共识。 这种在一个时间窗口内就交易顺序达成共识的算法称为“共识机制”。

目前共识机制主要有几类：Pow、Pos、DPos、Pool、PBFT

1. Pow workload proof就是熟悉的挖矿。 通过与或运算，计算出一个满足规则的随机数，即获得本次记账权，发出本轮需要记录的数据。 全网其他节点验证后共同存储；

优点：完全去中心化，节点自由进出；

缺点：目前比特币吸引了全球大部分的算力，其他使用Pow共识机制的区块链应用很难获得同等算力来保证自身安全； 采矿造成大量资源浪费； 达成共识的周期相对较短较长，不适合商业应用

2.Pos权益证明，Pow的升级共识机制； 根据各节点占用token的比例和时间； 挖矿难度按比例降低，从而加快寻找随机数的速度。

优点：一定程度上缩短达成共识的时间

缺点：仍然需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点

3. DPos股份授权证明机制类似于董事会投票。 持有者投票选出一定数量的节点，并代为验证和记账。

优点：大大减少参与验证和记账节点数量，可实现秒级共识验证

缺点：整个共识机制还是依赖token，很多商业应用不需要token的存在

4. Pool验证池，基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制； 是目前广泛应用于产业链的共识机制

优点：无需代币即可工作，基于成熟的分布式共识算法（Pasox、Raft）实现秒级共识验证；

缺点：去中心化程度不如bictoin； 更适合多方参与的多中心商业模式

5. PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法。 参见上面拜占庭容错算法的介绍。

PBFT是一种状态机副本复制算法，即将服务建模为状态机，状态机在分布式系统的不同节点上进行副本复制。 状态机的每一个副本保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。 所有副本的集合用大写字母R表示，用0到|R|-1的整数表示每个副本。 为了描述方便，假设|R|=3f+1，其中f是可能失败的最大副本数。 虽然可能有超过 3f+1 个副本，但额外的副本除了性能之外不会提高可靠性。

在使用共识机制保证数据一致性时，具有巨大的优势（共识机制是Ripple首先提出的网络交易同步机制，优先考虑数据的正确性。在共识网络中一千万个比特币多少钱，无论软件代码如何变化，没有共识就不能进入网络，更不用说分叉了）。

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虽然共识机制绝对可以保证任何时候都不会出现硬分叉。 但是，这种机制的缺点也很明显，即与其他节点达成共识的时间显然比目前的比特币网络要长得多。 在极端情况下，Ripple 共识机制网络被断开的后果也很可怕。

有可能你家一天停电，第二天整个系统就再也无法和其他Rippled节点达成共识（共识机制其实需要80%以上的节点都认可你的数据之前你的提交将被其他节点接受。否则，连接将被排他性地拒绝），甚至你只能清除所有超过 500 GB 的数据并重新同步连接到其他 Ripple 节点。

所以目前现有的Rippled端并不适合民用（商用影响相对较小。比如RL自己的Rippled节点托管在亚马逊云数据中心，如果长时间没有响应，你可以要求高额的赔偿，而且那种地方除了大范围的灾难，几乎是不间断的），这是RL一直想改进的方面之一。

什么是POW和POS，两者的区别

POW：全称Proof of Work，工作证明。 这是什么意思？ 也就是说，你得到多少币，取决于你为挖矿贡献的有效工作量，也就是说，你的电脑性能越好，分配给你的矿机就越多，也就是根据你的证明来执行币工作分配。 大多数虚拟货币，如比特币、莱特币等，都是基于POW模型的虚拟货币（算力越高，挖矿时间越长，获得的货币越多）。

POS：全称Proof of Stake，权益证明。 这是什么意思？ 简单来说，它是一个根据你持有货币的数量和时间给你利息的系统。 在权益证明POS模式中，有一个词叫币龄，每个币每天产生1个币龄。 比如你持有了100个币，一共持有了30天。 那么，此时你的币龄为3000。 这时候如果你找到一个POS块，你的币龄就会被清零，每清空365个币龄，你就会从该区块获得0.05个币息（可以理解为年利率为5%)，所以在这种情况下，利息=3000*5%/365=0.41个币，现在很有意思，持币有利息，很好！ （需要说明的是，5%的年利率只是小编举的例子，并不是POS模型的每一种币种都是5%的，比如PPCoin的年利率是1%）。

POS设计的理念及初衷：

POS 的设计理念来源于对比特币危机的思考，原因有以下三点：

首先，我们都知道比特币区块的产量每4年减半。 在不久的将来，随着比特币区块所含的产量越来越低，大家挖矿的积极性会不断下降，矿工数量也会不断减少。 越来越少，整个比特币网络可能会逐渐瘫痪（因为大家运行比特币客户端的时间都减少了，所以越来越难找到一个P2P节点来连接和同步网络数据）。

POS解决方案：在POS系统中，只有打开钱包客户端程序才能发现POS区块并赚取利息，这促使很多不想挖矿的人经常打开自己的钱包客户端，这有助于P2P的健壮性货币网络。

其次，几年后，随着矿工数量的下降，比特币很可能被一些高算力的人，或者团队，或者矿池攻击51%，导致整个比特币网络崩溃。 简单来说，51%攻击就是当你拥有全球51%以上的比特币算力时，你就可以伪造比特币网络上的任何数据，比如你伪造你有100万个比特币，但实际上你不 。 （延伸阅读：什么是51%攻击）

POS解决方案：在POS系统中，即使你拥有全球51%的算力，也未必能进行51%攻击，因为有些币种不是靠挖矿产生的，而是靠利息产生的（利息是存起来的在 POS 块中），这需要攻击者还持有超过 51% 的全球货币量。 这大大增加了 51% 攻击的难度。

第三，虽然我们知道比特币是一个永远不会通货膨胀的系统，因为它的货币总量看起来是固定的，但是你知道吗，比特币实际上是一个通缩系统。 因为，当我们重装系统或忘记钱包密钥时，我们将永远无法取回钱包中的钱，这意味着每年都会有一些比特币随着钱包的丢失而永远被锁定，这意味着大幅的通货紧缩已经形成，也许50年后，有效比特币只剩下1000万个。

从以上三点可以看出，POS系统是建立在POW基础上的新系统，具有非常长远的眼光和超前的理念。

【区块链】共识算法（POW、POS、DPOS、PBFT）介绍与心得 POW：Proof of Work，工作量证明。

比特币在区块生成过程中使用 POW 机制。 满足要求的区块哈希由N个前导零组成，零的个数取决于网络的难度值。 得到合理的 Block Hash 需要大量的试算，计算时间取决于机器的哈希速度。 当一个节点提供了一个合理的 Block Hash 值时，就意味着该节点确实经过了很多次计算尝试。 当然，不能得到计算次数的绝对值，因为找到一个合理的hash是一个概率事件。 当一个节点拥有全网n%的算力时，该节点有n/100的概率找到Block Hash。

POS：Proof of Stake，权益证明。

POS：又称权益证明，类似于财产存放在银行，这种模式会根据你持有数字货币的数量和时间分配相应的利息给你。

简单来说，它是一个根据你持有货币的数量和时间给你利息的系统。 在权益证明POS模式中，有一个词叫币龄，每个币每天产生1个币龄。 比如你持有了100个币，一共持有了30天。 那么，此时你的币龄为3000。 这时候如果找到一个POS块，你的币龄就会被清零，每清空365个币龄，你就会从区块中获得0.05个币的利息（假设利息可以理解为年利息rate of 5%)，那么在这种情况下，利息=3000*5%/365=0.41货币，这个很有意思，持有货币就有利息。

DPOS：Delegated Proof of Stake，委托权益证明

比特股的DPoS机制，中文名称叫做Share Authorization Proof Mechanism（也称受托人机制），其原理是让所有持有比特股的人进行投票一千万个比特币多少钱，产生101个代表，我们可以理解为101个超级节点或者矿池，这101个超级节点的权利是完全平等的。 从某种角度看，DPOS有点像议会制或人民代表大会制。 如果代表未能履行职责（轮到他们时未能产生区块），他们将被除名，网络会选出一个新的超级节点来取代他们。 DPOS的出现主要是由于矿机的产生。 大量的计算能力被不了解或不关心比特币的人使用。 类似于演唱会黄牛，囤积大量门票，根本不关心演唱会的内容。

PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法。 参见上面拜占庭容错算法的介绍。

PBFT是一种状态机副本复制算法，即将服务建模为状态机，状态机在分布式系统的不同节点上进行副本复制。 状态机的每一个副本保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。 所有副本的集合用大写字母R表示，用0到|R|-1的整数表示每个副本。 为了描述方便，假设|R|=3f+1，其中f是可能失败的最大副本数。 虽然可能有超过 3f+1 个副本，但额外的副本除了性能之外不会提高可靠性。

以上主要是目前主流的共识算法。

从时间上看，这个顺序也是按照共识算法从诞生到流行的先后顺序来确定的。

对于 POW，比特币直接成为现实并投入使用。 POS的存在主要是出于经济上的考虑和创新。 最后，由于专业矿工和矿机的存在，社区对这种标榜去中心化算法的中心化存在实质性的担忧，即传闻60%到70%的算力集中在中国。 所以后来出现了DPOS，不需要额外消耗太多的算力来分配矿池产出的权益。 但是要说它能起到替代作用，DPOS不可能单独替代POW，POS或者POW+POS，毕竟存在是合理的。 每种算法在特定的时间段内，无论是技术上还是商业上，都有自己的考量和意义。

如果跳出技术人员的视角，包含更多结合政治和经济的思维方式，可能会跳出更多的共识算法，比如结合类似PPP概念的共识方式，不仅可以实现本质上是对恶意的人进行惩罚，也有可能达到最高效节省算力的目的。

至于算法的选择，这里引用季老师的话作为结尾：

总之，最好的共识设计是模块化的，比如Notary，共识算法的选择与应用场景高度相关，可信环境使用paxos或者raft，许可联盟可以使用pbft，非许可链可以是pow，pos , ripple 共识等，根据交易对方的信任度，自由选择共识机制，真的是最好的。