共識機制區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu)什么是共識機制共識機制在區(qū)塊鏈技術(shù)中發(fā)揮著基石般的作用，類似于一個國家的法律，它確保區(qū)塊鏈世界的有序運轉(zhuǎn)。每個參與者都持有一份記錄所有交易的賬本，保證信息的透明和可追溯。然而，由于新交易的信息傳播存在時間差，一些不良行為者可能會利用這個機會散布虛假信息。因此，需要通過共識機制來驗證所有收到的信息，并確定哪些信息是正確的。在去中心化的加密貨幣世界中，P2P網(wǎng)絡(luò)的健康運作依賴于廣泛分布的節(jié)點。吸引用戶成為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并積極參與維護，需要一套有效的激勵機制。如何選擇特定節(jié)點來寫入新的交易數(shù)據(jù)、確定寫入的時機，以及確保一旦數(shù)據(jù)被寫入就無法被篡改（確保數(shù)據(jù)的不可逆性），這些關(guān)鍵問題的答案都在共識機制中找到。共識機制不僅是去中心化網(wǎng)絡(luò)達成一致的橋梁，也是動態(tài)平衡參與者利益、確保網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)不可逆性的關(guān)鍵。通過這套機制，區(qū)塊鏈能夠在沒有中央權(quán)威的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，共識機制是一種依賴于參與者集體見證的過程，通過遵循預(yù)定的規(guī)則對集體見證的數(shù)據(jù)進行綜合分析，最終達成一個由所有參與者共同認可的共識結(jié)果。這種機制確保了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)一致性和可信性。在公鏈環(huán)境下，“群體”即能夠參與共識過程的節(jié)點范圍，是動態(tài)變化的。節(jié)點的加入與退出、硬件狀態(tài)變化（如開關(guān)機）、軟件運行異常、以及私鑰的意外問題等因素，均可影響節(jié)點參與共識過程的能力。因此，公鏈的參與者群體具有高度的流動性和變動性。什么是共識機制相比之下，在私鏈和聯(lián)盟鏈中，“群體”通常指固定的參與節(jié)點集合。雖然總體上參與者范圍相對穩(wěn)定，但仍可能受到一些不可預(yù)測因素的影響，導(dǎo)致輕微的變動。例如，節(jié)點的故障或網(wǎng)絡(luò)連接問題可能暫時影響某些節(jié)點的參與。分布式系統(tǒng)中的共識VS區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的共識在分布式系統(tǒng)中，共識機制確保即便面對節(jié)點故障、網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，或是遭受惡意節(jié)點攻擊的情況下，所有健康的節(jié)點也能對客戶端的請求作出一致的響應(yīng)，進而維護系統(tǒng)的整體一致性。這一機制對于確保分布式系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。區(qū)塊鏈系統(tǒng)，作為一種特殊形式的分布式賬本技術(shù)，其核心任務(wù)在于通過節(jié)點間的協(xié)作驗證、更新和維護一個對外展現(xiàn)一致性的分布式賬本。區(qū)塊鏈中的共識機制通過一套協(xié)議或規(guī)則來實現(xiàn)，包括區(qū)塊的構(gòu)造、出塊節(jié)點的選擇、區(qū)塊的驗證，以及區(qū)塊的最終確認并加入鏈中。共識算法作為區(qū)塊鏈技術(shù)的核心，不僅影響系統(tǒng)的整體性能，還決定了區(qū)塊鏈可以被應(yīng)用于哪些領(lǐng)域。工作量證明:PoW是區(qū)塊鏈中最初并廣泛使用的共識算法，特別是由比特幣采納。它要求節(jié)點通過解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題來證明其工作量，成功的節(jié)點獲得新區(qū)塊的創(chuàng)建和記賬權(quán)。這一過程通常稱為“挖礦”，需消耗大量的計算資源，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性和去中心化特性。權(quán)益證明:PoS算法基于節(jié)點所持有的代幣數(shù)量來分配記賬權(quán)，即持幣越多的節(jié)點獲得生成新區(qū)塊的機會越大。這種機制相比于PoW，大幅降低了能源消耗，同時也促進了持幣者的網(wǎng)絡(luò)參與度。3委托權(quán)益證明:DPoS是PoS的一種變體，它允許持幣者投票選舉出少數(shù)代表節(jié)點（通常稱為見證人），由這些見證人負責(zé)產(chǎn)生新的區(qū)塊和驗證交易。這種機制旨在提高網(wǎng)絡(luò)的交易處理速度和效率，同時保持一定程度的去中心化。實用拜占庭容錯算法:PBFT算法能夠確保系統(tǒng)即使在有節(jié)點作惡或失效的情況下也能正常運行，通過在節(jié)點間進行多輪通信達成一致。這種算法特別適合對實時性和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高的場景，如金融和電子商務(wù)。構(gòu)造新區(qū)塊新區(qū)塊上鏈廣播并驗證新區(qū)塊選擇出塊節(jié)點交易請求區(qū)塊鏈系統(tǒng)共識過程模型區(qū)塊鏈系統(tǒng)共識算法的分類---區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)部署方式公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈各自對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求和信任不同，因此節(jié)點之間進行共識的系統(tǒng)基礎(chǔ)也不同，按照區(qū)塊鏈的部署方式，可以將區(qū)塊鏈共識算法分為公有鏈共識算法、聯(lián)盟鏈共識算法、私有鏈共識算法。公有鏈共識算法通常需要激勵機制來保證節(jié)點積極參與共識過程從而保證安全性，也稱作“激勵共識算法”私有鏈中只允許授權(quán)節(jié)點參與出塊過程，節(jié)點之間互信程度高，因此通過不需要依賴激勵機制，也稱作“非激勵共識算法”基于工作量證明的共識算法中本聰在比特幣系統(tǒng)中首次采用了基于工作量證明（PoW）的共識算法，要求比特幣網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點通過計算能力竟爭出塊權(quán)來保證分布式賬本的一致性，同時由于付出了巨大的計算能力，因此大大提升了節(jié)點作惡的代價，再輔以對節(jié)點競爭到出塊權(quán)力的激勵機制，進而保障了共識過程的安全性?；诠ぷ髁孔C明的共識算法是最早也是到目前為止公認的最安全可靠的公有鏈共識算法，也是一個局部的最優(yōu)的共識解決方案，解決了區(qū)塊鏈最本質(zhì)的去中心化不依賴第三方的問題。PoW算法的核心思想是利用計算機算力來完成對區(qū)塊鏈的驗證。在一個區(qū)塊被創(chuàng)建并廣播出去之前，需要先進行驗證，而這個驗證過程需要計算機完成一定量的工作，以證明其具有足夠的“貢獻”來獲得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。具體而言，PoW算法通過難解的數(shù)學(xué)難題來限制區(qū)塊的產(chǎn)生速度，每個新的區(qū)塊都需要包含一個滿足一定條件的難題的答案，而這個答案是通過嘗試不同的隨機值來得出的。一旦一個節(jié)點找到了答案，就可以廣播出去，得到其他節(jié)點的認可，這樣新的區(qū)塊就被加入到區(qū)塊鏈上了。PoW算法的特點是安全性高，因為它需要計算機完成一定量的工作才能得到控制權(quán)，攻擊者需要具有足夠的算力才能破解算法，這使得攻擊成本極高。但是PoW算法也有一些缺點，包括資源浪費、效率低下等。POW的原理和特點POW---挖礦目的驗證交易挖礦過程的一個主要目的是驗證網(wǎng)絡(luò)上進行的交易。通過挖礦，礦工將未經(jīng)處理的交易打包進新的區(qū)塊中。在一個區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈之前，它必須通過網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的驗證。這個驗證過程包括檢查交易的有效性，如簽名是否有效，以及交易者是否擁有足夠的資金進行交易。保護網(wǎng)絡(luò)挖礦通過一個稱為“工作量證明”（ProofofWork，PoW）的機制，確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。通過要求礦工解決一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題，PoW機制使得對網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊變得極為困難和成本高昂。這是因為攻擊者需要掌握超過網(wǎng)絡(luò)總計算力50%以上的計算力，才能夠操控或篡改區(qū)塊鏈上的信息。POW---挖礦原理比特幣PoW算法中的工作最計算的主要工作是尋找一個神奇的隨機數(shù)（Nonce），使得以Nonce為參數(shù)的一部分進行的雙SHA256哈希運算的結(jié)果小于一個事先設(shè)定好的目標值：SHA256[SHA256（版本號＋前一區(qū)塊哈希值＋當前區(qū)塊所包含交易的梅克爾樹根+時間截＋當前挖礦難度＋Nonce隨機值）]＜目標值POW---挖礦過程收集交易：礦工從網(wǎng)絡(luò)中收集未被記錄的交易，形成一個交易池。構(gòu)造區(qū)塊：礦工將這些交易打包進新的區(qū)塊。新區(qū)塊還包含前一個區(qū)塊的哈希值（這樣形成了鏈的結(jié)構(gòu)）和一個特殊的數(shù)字（nonce）。計算哈希值：礦工對包含nonce的區(qū)塊信息進行哈希運算。如果計算出來的哈希值滿足網(wǎng)絡(luò)當前的難度要求（例如，以足夠數(shù)量的零開始），這個區(qū)塊就被認為是有效的。POW---挖礦過程難題求解：因為哈希函數(shù)的單向特性，礦工不能直接計算出滿足條件的nonce。他們必須通過不斷試錯，逐一嘗試不同的nonce值，直到找到一個有效的哈希值。區(qū)塊廣播和驗證：一旦礦工找到了有效的哈希值，他們就會將這個新區(qū)塊廣播給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點。其他節(jié)點會驗證新區(qū)塊的有效性，包括交易的有效性和哈希值是否滿足難度要求。鏈上確認：一旦被網(wǎng)絡(luò)驗證為有效，這個區(qū)塊就會被添加到區(qū)塊鏈上，礦工會獲得相應(yīng)的區(qū)塊獎勵（新發(fā)行的加密貨幣和交易費）。節(jié)點根據(jù)交易信息構(gòu)造新區(qū)塊的區(qū)塊體計算并填寫區(qū)塊頭的各項元數(shù)據(jù)，其中隨機數(shù)Nonce置為1成功搜索到合適的隨機數(shù)節(jié)點獲得該區(qū)塊的出塊權(quán)節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)廣播新區(qū)塊隨機數(shù)Nonce加1當前區(qū)塊頭的雙SHA256哈希值小于目標值？否是比特幣出塊流程比特幣系統(tǒng)的PoW算法的高超之處在于可以通過激勵措施和難度調(diào)整來提高節(jié)點參與共過程的積極性，抵御各種攻擊，從而保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)的持續(xù)正常運行。激勵與難度調(diào)整礦工的收入：產(chǎn)生交易時，由交易發(fā)起方付給“礦工”一筆手續(xù)費，當“礦工”成功加入一個交易區(qū)塊后獲得。每當系統(tǒng)加入新區(qū)塊時，會生成一定數(shù)目的比特幣作為獎勵。這個獎勵最初是50個比特幣，每隔210000個區(qū)塊后減半，預(yù)計2140年比特幣系統(tǒng)的上限2100萬個比特幣差不多可以全部產(chǎn)出。新難度＝實際生成2016個區(qū)塊的時間x舊難度／14天的秒數(shù)（預(yù)期2016個區(qū)塊出塊的時間）Pow的優(yōu)缺點優(yōu)點：安全性高：由于PoW算法需要參與者通過計算的方式解決難題，這個過程需要消耗大量的計算資源，一旦有人想要攻擊該區(qū)塊鏈系統(tǒng)，就需要花費大量的計算資源來攻擊，因此攻擊的成本非常高，保證了系統(tǒng)的安全性。公平性：PoW算法對于參與者是公平的，每個參與者都需要通過計算來解決問題，沒有特權(quán)用戶或組織，每個人都有平等的機會獲得區(qū)塊獎勵。去中心化：PoW算法是一種去中心化的算法，沒有中心化的機構(gòu)或個人來控制整個系統(tǒng)，因此該算法可以保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)的去中心化特性。Pow的優(yōu)缺點缺點：1.能源消耗大PoW的最大缺點是它需要大量的電力和計算資源來維持網(wǎng)絡(luò)安全。隨著區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的增長，為了維護相同的安全性水平，所需的能源消耗會呈指數(shù)級增長。2.縮放性問題PoW機制使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的交易處理速度受到限制。出于安全考慮，每個區(qū)塊的大小和生成時間都有上限，這限制了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，導(dǎo)致在高負載情況下出現(xiàn)交易擁堵和手續(xù)費上漲。3.不平等的獎勵分配隨著專業(yè)化挖礦硬件（如ASIC礦機）的出現(xiàn)，小規(guī)模礦工難以與大型礦池競爭。這導(dǎo)致挖礦獎勵趨向于集中在少數(shù)參與者手中，與去中心化的初衷背道而馳。4.51%攻擊的風(fēng)險盡管實施成本高昂，但理論上如果攻擊者能夠控制超過網(wǎng)絡(luò)50%的計算力，就能夠?qū)嵤?1%攻擊，篡改交易記錄。雖然這種攻擊對于大型網(wǎng)絡(luò)來說幾乎不可能發(fā)生，但對于小型或新成立的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)來說風(fēng)險較大。Pow的適用場景適用場景：對于需要高安全性的場景，如加密貨幣，PoW算法是一種比較合適的共識算法，可以保證系統(tǒng)的安全性。對于需要去中心化的場景，如去中心化交易所，PoW算法也是一種比較合適的共識算法。對于對能源消耗不敏感的場景，如存儲文件、數(shù)據(jù)共享等，PoW算法也是一種可行的共識算法。PoS共識算法驗證者的選擇：

在PoS系統(tǒng)中，一個節(jié)點被選為驗證者來創(chuàng)建新區(qū)塊，這通?；谄涑钟械呢泿帕亢统钟袝r間。在許多PoS系統(tǒng)中，選擇過程是通過一種隨機化算法來實現(xiàn)的，該算法考慮到了節(jié)點的財富（即其權(quán)益）和其他因素，如持幣時間。權(quán)益的證明：

在被選中后，驗證者會在創(chuàng)建新區(qū)塊時展示其持有一定數(shù)量的貨幣。這意味著驗證者必須有一定量的貨幣作為“抵押”來參與驗證過程。如果驗證者行為不端（比如嘗試篡改區(qū)塊鏈），他們可能會失去部分或全部抵押的貨幣。點點幣中的PoS算法實現(xiàn)邏輯每個節(jié)點的幣齡可以累積，其錢包中的每一個代幣每天都可以產(chǎn)生1幣齡。如某個用戶擁有36枚代幣，當持有50天后，其所有擁有的幣齡為36*50=1800.當節(jié)點競爭出塊權(quán)時，其用于競爭到出塊權(quán)的幣齡會被消耗掉。為了防止有用戶臨時購置大量代幣搶奪出塊權(quán)，PoS算法規(guī)定代幣齡必須至少累積30天才可以使用。為了防止一個代幣的幣齡可以無限增長，還規(guī)定了一個代幣的幣齡累積90天就不可以再增加。以幣齡作為權(quán)益依據(jù)，則每個礦工節(jié)點挖礦時進行的運算公式為“PROOFHASH”<幣齡*目標值，其中PROOFHASH是使用區(qū)塊頭部數(shù)據(jù)和其他一些參數(shù)進行的雙SHA256運算，和PoW類似。PoS的優(yōu)點/缺點優(yōu)點缺點能源效率高：與PoW相比，不需要大量計算工作，因此能源消耗顯著降低。低股權(quán)資本的安全風(fēng)險：總股權(quán)資本較低的網(wǎng)絡(luò)可能更容易受到攻擊。降低中心化風(fēng)險：與PoW相比，不太可能導(dǎo)致權(quán)力集中，因為不需要昂貴的挖礦設(shè)備。財富集中：財富和控制傾向于在最富有的質(zhì)押者中集中，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)寡頭統(tǒng)治。對51%攻擊的免疫力更強：通常需要惡意行為者擁有大量貨幣才能發(fā)動攻擊，經(jīng)濟上不切實際。鼓勵長期持有：鼓勵持有加密貨幣以獲得參與共識過程的能力，與網(wǎng)絡(luò)的長期利益一致。DPoS共識算法DPoS（Delegated

Proof

of

Stake）授權(quán)權(quán)益證明，通過去中心的民主選舉方式來先擇出塊節(jié)點。由見證人（Witness）節(jié)點來生成新的區(qū)塊。每個節(jié)點根據(jù)自己擁有的代幣數(shù)量相當于擁有股份權(quán)益，可以看作股東節(jié)點（Stakeholders）。持有權(quán)益的股東節(jié)點可以根據(jù)自己的意愿按照每股一張選票的方式給見證人投票，得到選票最多的前n個節(jié)點被選出來作為見證人負責(zé)生成新的區(qū)塊。在EOS系統(tǒng)中采用DPoS。DPOS機制是POS機制的一個局部改進?？紤]到數(shù)字資產(chǎn)份額高的主體和記賬本身的技術(shù)能力（效率和精準）高的主體不一定重合，可以考慮份額擁有者將鎖定的份額匯聚到若干個“超級節(jié)點”上，由這些“超級節(jié)點”代替份額擁有者行使記賬權(quán)。超級節(jié)點的實際控制人是份額擁有者的受托代理。超級節(jié)點的數(shù)目大幅減少，但所代表的價值份額可能非常巨大，有可能做到提升效率和誠實記賬兩不誤。DPoS共識算法DPOS架構(gòu)示意圖超級節(jié)點超級節(jié)點超級節(jié)點超級節(jié)點份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者份額擁有者普通節(jié)點DPoS共識算法共識過程見證人選舉階段：擁有權(quán)益的股東節(jié)點，投票選出n個見證人節(jié)點為，每個見證人所獲得的票數(shù)必須超過50%，因為50%被認為可以提供足夠的去中心化程度?；钴S的見證人按照固定的規(guī)則進行更新。2.見證人出塊：每一次見證人會有2秒的固定時間來生成新的區(qū)塊，如果不能在給定時間內(nèi)完成，就換一個見證人造塊。見證人每生成一個區(qū)塊，都會付出的服務(wù)獲得一定的代幣作為報酬，而報酬的比例由股東節(jié)點選的代表（Delegate）節(jié)點設(shè)置。如果見證人無法產(chǎn)生新的區(qū)塊，則不能獲得報酬，造塊失敗會被記錄下來，并可能導(dǎo)致見證人在后面的選舉中失去造塊資格。見證人按時出塊成功后，會將新區(qū)塊發(fā)給其他見證人進行驗證。進一步提高效率可以期待依托超級節(jié)點可以產(chǎn)生更有趣的商業(yè)模式隨著記賬權(quán)和算力的集中，風(fēng)險也在集中，少數(shù)超級節(jié)點在抵御大規(guī)模拒絕服務(wù)攻擊和網(wǎng)絡(luò)封鎖方面表現(xiàn)出脆弱性，同質(zhì)化的超級節(jié)點更是在同一個嚴重漏洞面前面臨全軍覆沒的境地（參照360揭示EOS風(fēng)險事件）

選舉機制：在PoS中，驗證者通常是通過算法隨機選擇的，依據(jù)其持幣量和持幣時間等因素。DPoS采用選舉系統(tǒng)，其中持幣者投票選舉一定數(shù)量的代表（或見證人）來處理交易和創(chuàng)建新區(qū)塊。角色與責(zé)任：PoS中的驗證者個體對于驗證和創(chuàng)建區(qū)塊承擔(dān)責(zé)任。D