區塊鏈共識機制及其迭代

2021-09-07 17:18:09 字數 2457 閱讀 1042

共識,consensus,故名思義,共同的認識,共識問題研究的就是多個成員如何達成一致,典型的比如投票選舉。

區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本系統,區塊鏈的共識問題實際上**於分布式系統的一致性問題。

區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本系統,由於點對點網路下存在較高的網路延遲,

各個節點所觀察到的交易事務先後順序不可能完全一致。 因此區塊鏈系統需要設計一種機制對在一定的時間內發生的事務的先後順序進行共識。這種對乙個時間視窗內的事務的先後順序達成共識的演算法被稱為「共識機制」。

共識機制在區塊鏈中扮演著核心的地位,共識機制決定了誰有記賬的權利,以及記賬權利的選擇過程和理由。不用的虛擬貨幣採用共識機制不同,常見的共識機制如pow,pos,dpos,拜占庭容錯等。

位元幣區塊鏈採用了 proof of work(pow)的機制來實現共識,該機制於 1998 年在 b-money 設計中提出。目前,proof of 系列中比較出名的一致性協議包括 pow 和 pos,都是通過經濟懲罰來限制惡意參與。

工作量證明,proof of work,通過計算來猜測乙個數值(nonce),得以解決規定的 hash 問題(**於 hashcash)。保證在一段時間內,系統中只能出現少數合法提案。

在位元幣的區塊結構中,nonce數值被儲存在區塊頭中。

同時,這些少量的合法提案會在網路中進行廣播,收到的使用者進行驗證後會基於它認為的最長鏈上繼續難題的計算。因此,系統中可能出現鏈的分叉(fork),但最終會有一條鏈成為最長的鏈。

hash 問題具有不可逆的特點,因此,目前除了暴力計算外,還沒有有效的演算法進行解決。反之,如果獲得符合要求的 nonce,則說明在概率上是付出了對應的算力。誰的算力多,誰最先解決問題的概率就越大。當掌握超過全網一半算力時,從概率上就能控制網路中鏈的走向。這也是所謂 51% 攻擊 的由來。

參與 pow 計算比賽的人,將付出不小的經濟成本(硬體、電力、維護等)。當沒有成為首個算出的「幸運兒」時,這些成本都將被沉沒掉。這也保障了,如果有人惡意破壞,需要付出大量的經濟成本。也有設計試圖將後算出結果者的算力按照一定比例折合進下一輪比賽考慮。

有乙個很直觀的例子可以說明為何這種經濟博弈模式會確保系統中最長鏈的唯一。

超市付款需要排成一隊,可能有人不守規矩要插隊。超市管理員會檢查隊伍,認為最長的一條隊伍是合法的,並讓不合法的分叉隊伍重新排隊。只要大部分人不傻,就會自覺在最長的隊伍上排隊。

優點: 缺點:

權益證明,proof of stake,2013 年被提出,最早在 peercoin 系統中被實現,類似現實生活中的股東機制,擁有股份越多的人越容易獲取記賬權。

典型的過程是通過保證金(代幣、資產、名聲等具備價值屬性的物品即可)來對賭乙個合法的塊成為新的區塊,收益為抵押資本的利息和交易服務費。提供證明的保證金(例如通過轉賬貨幣記錄)越多,則獲得記賬權的概率就越大。合法記賬者可以獲得收益。

pos是根據錢包裡面貨幣的多少以及貨幣在錢包裡存在的天數來合成乙個單位(幣天)。它根據幣天的關係對計算機進行雜湊計算降低了難度,降低了計算機的門檻,但是對計算機還是有一定要求的,它把錢包和區塊鏈系統的一致性繫結在一起。誰的錢包裡的幣天數越大誰擁有記賬權的概率就越大。但是它和pow機制一樣解決問題的思想也導致了它與pow擁有一樣的缺點,也是犧牲了一部分的共識(同樣分叉),而且需要等待多個確認。

pos 是試**決在 pow 中大量資源被浪費的缺點。惡意參與者將存在保證金被罰沒的風險,即損失經濟利益。一般的,對於 pos 來說,需要掌握超過全網30%的資源,才有可能左右最終的結果。這個也很容易理解,三個人投票,前兩人分別支援一方,這時候,第三方的投票將決定最終結果。

優點: 缺點:

以太坊前三個階段,即frontier(前沿)、homestead(家園)、metropolis(大都會)。第四個階段,即serenity(寧靜),將採用pos機制。

casper:以太坊前三個階段採用的是pow共識機制,第四個階段將採用自己建立的pos機制,名為投注共識。這種機制增加了懲罰機制,並基於pos的思想在記賬節點中選取驗證人。

pos 也有一些改進的演算法,包括授權股權證明機制(dpos),即股東們投票選出乙個董事會,董事會中成員才有權進行**記賬。

代表新型智慧型合約的eos採用dpos(delegated proof of stake)委託股權證明機制。dpos通過一定程度的中心化,擁有了中心化系統的效能優勢。

中本聰設想的一cpu一票的區塊鏈世界裡,每個人都能積極參與到區塊鏈中,這樣才能實現完全去中心化的系統。但是現實生活中每個人都參與決策效率往往不高,這才出現代表大會制度。

pbft是practical byzantine fault tolerance的縮寫,意為實用拜占庭容錯演算法。

拜占庭容錯能夠容納將近1/3的錯誤節點誤差,hyperledger就是使用了該演算法作為可插拔的共識演算法之一。

步驟:從全網節點擊舉出乙個主節點(leader),新區塊由主節點負責生成

參考 《區塊鏈技術指南》

區塊鏈共識機制

1 工作量證明共識機制pow proof of work 工作量證明是指使用者使用計算機算力耗電的成本,人稱挖礦,率先算出區塊唯一雜湊的礦工會得到這個區塊的獎勵,然後礦工們爭著計算出區塊的雜湊特定唯一值 這一數學問題答案 代表 位元幣 2 權益證明共識機制pos proof of stake 權益證...

區塊鏈有哪些共識機制

位元幣在block的生成過程中使用了pow機制,乙個符合要求的block hash由n個前導零構成,零的個數取決於網路的難度值。要得到合理的block hash需要經過大量嘗試計算,計算時間取決於機器的雜湊運算速度。當某個節點提供出乙個合理的block hash值,說明該節點確實經過了大量的嘗試計算...

區塊鏈共識機制一 POW POS DPOS

念 夕 關注 去中心化系統維繫的核心,在於參與者達成的共識。共識是博弈後的產出,既是博弈,就是平衡,參與到系統中的各方,都是唯利是圖的,名 錢 權,各有所需。區塊鏈技術發展至今,遇到了各種如擁堵,中心化,浪費資源等問題,各種解決方案層出不窮,也出現了除位元幣使用的pow機制外的其他幾種共識機制。顧名...