简介

区块链是一个去中心化的分布式账本系统。由于对等网络中的高网络延迟，每个节点观察到的事务顺序不可能完全一致。因此，区块链体系需要设计一种机制，就某一段时间内发生的交易顺序达成共识。这种对一个时间窗口内的交易顺序达成共识的算法称为“共识机制”。本文旨在解释区块链常见的确认机制。主要结构如下，共识机制在比特币中的整体地位，常见的共识机制如POW、POS、DPOS等，以及它们之前的演变、关系和区别。

共识机制

区块链系统的核心是系统中的节点竞争记账。这种竞争过程被称为共识机制。区块链的底部由四部分组成。分布式数据库用于存储过去和未来的交易数据。密码术的公-私密钥系统用于确认交易双方的身份。P2P网络用于广播和传播各种消息(如节点加入的消息、节点失效的消息和挖掘数据的消息)。

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共识机制在区块链发挥着核心作用。共识机制决定了谁有记账权，以及记账权的选择过程和理由。不同的虚拟货币采用共识机制，如POW、POS、DPOS拜占庭容错等。整理如下：

幂

幂(工作证明)，即工作量证明机制。整个系统中的每个节点为整个系统提供计算能力(简称计算力)，通过一种竞争机制，计算工作做得最好的节点会得到系统的奖励，也就是新产生的货币会被分配。区块链由持续增长的顺序块组成。每个块包含一个头文件和一系列事务字母TXi，其中前一个块的时间戳Ti、索引Hi-1和nounce Ni-1在头文件中受到保护。区块链是密码安全的。对于每一轮，只要找到对应的HASG碰撞，就成功了。HASG冲突的含义可以理解为哈希值的第一位有多少是相同的。我们知道为什么很难找到两个具有相同哈希值的文件，但是我们可以在前几个文件中找到相同的文件。我们整理了一个完整的挖掘过程如下：f(Di)SHA256(SHA256(Hi？1 ||| ti ||| txi || Di || ni)))其中Di为蓑衣网小编2022难度系数，可以认为是前几位的碰撞。挖掘的过程就是不断尝试寻找Ni的过程。我们举个模拟采矿的例子。测试环境描述：

操作步骤：

运行以下脚本

对结果进行排序，求前九位碰撞成功处n的值。

实验结果如下：" 311214" SHA1VALUE为：ff 47893 a 16ec 612176 cbb 4255 c 7 e0ce 58400 a 828 " 775478 " sha1 value为：FF47893A1 F30

pos

pos(股权证明)最初是由Sunny King在论文PP币：2100年提出的具有股权证明的点对点加密货币这个机制通过计算你持有的货币占总货币的百分比，包括你持有货币的时间，决定了你的记账是正确的。在PoW机制中，因为它经常花费大量的能量和时间来寻找合格的nonce。nonce，为了让每个块更快的生成，PoS机制去掉了穷举nonce的过程，然后采用了下面更快的算法：SHA256(SHA256(Bprev)，A，T)balance(A)mH A hash函数T是UTC时间戳Bprev指最后一个块的余额(A)代表账户A的余额，唯一可以连续调整的参数是T，等式右边的M是一个固定的实数。所以余额(a)越大，找到合理t的概率越大，网络中对t的取值范围一般有限制，比如可以尝试的时间戳不能超过标准时间戳1小时。也就是说，一个节点可以尝试7200次找到一个合格的T，如果找不到，可以放弃。 所以在PoS中，一个账户的余额越多，在同样的计算能力下，越容易找到下一块。

DPoW

利益委托证明是PoS的一种发展方案。在传统的POW和PoS中，对效率有很大影响的是，任何新添加的块都需要得到整个网络中所有节点的确认。DPoS的优化方案是通过不同的策略，不时地选择一小组节点，这一小组节点将做新块的创建、验证、签名和相互监督，从而大大降低了块创建和确认的时间和计算成本。

机制的演变

本章将重点介绍POW-POS-DPOS的演变过程，以及是什么原因导致了区块链从POW向POS的转变。比特币在设计之初，系统的默认节点和计算能力是平均分配的，因为CPU投票时钱包(节点)数量和计算能力数值要大致匹配。每个比特币钱包主人都可以参与整个系统的决策机制。如果有人试图对系统作恶，或者某些节点遭受损失，其他节点可以迅速弥补，只要51%的节点(计算能力)投票，就可以选择正确的。在实践中，POW的主要问题是计算能力过于集中的安全隐患。这种风险体现在对比特币的控制上。比特币的矿工和持有者已经完全分离。很多矿工可能在完全不了解比特币的生态，甚至不关心其未来的情况下，对比特币拥有绝对的控制权，因为他们是新币产生的起点。一种极端的想法是，如果几个大的矿池联合起来，新发行的硬币就会被囤积起来，导致原有货币进一步通缩。简而言之，比特币的命运掌握在不一定关心它的人手中，而持有比特币的人没有控制权。这就有点像，公司的命运不是由持有公司股份的股东决定的，而是由那些可能根本不拥有股份但只有钱的人决定的。持有比特币的人完全无法对比特币的未来做出自己的决定。似乎中本聪设定的“一个CPU，一张选票”的文明世界，突然退化成了一个单纯依靠蛮力，看谁更强的原始社会蓑衣网小编2022。DPOS机制似乎将权利归还给了那些持有数字货币的人。DPOS机制是让每个持有BTS的人作为整个系统资源的代表投票，获得票数最多的101个代表进行交易包计算。这可以理解为101个矿池，这101个矿池的权利是完全相互平等的。持有BTS投票权的人可以随时通过投票改变这些代表(矿池)。只要他们的计算能力不稳定，电脑宕机，或者试图利用手中的权力作恶，就会立刻被愤怒的选民踢出整个系统，后备代表随时可以顶上。

发行机制

POW的新机制是“挖矿”，即矿工每完成一定的计算量，就有可能在新的区块中获得新的比特币。这个过程是纯粹的通货膨胀过程，也就是新的比特币无中生有。但获取新比特币有一定要求，需要是全球第一个找出具体哈希值的。所以，分配机制是计算能力的比例分配。POS的新机制是“利息”，即你持有一定数量的POS币一定时间，当然要开通客户端，你会获得一定数量的固定“利息”。这部分“利息”就是新增的POS币。只要持有POS币，打开机器，就可以获得一定比例的“利息”。因此，POS系统将增加一个新的向社会投放POS币的机制，其投入将与现有的POS币成比例增加。

利弊对比

小结

本文介绍了常见的共识机制，阐述了其演变发展的过程。下一部分将从确认时间、能耗、激励措施、经济模型等方面进行详细分析。本文来自李佳璇博客。