加密货币:共识机制，区块链的价值与灵魂

怎么才能在区块链分布式系统中更高效地达成共识，保障区块链系统的正常运行？共识机制在其中起到了决定性的作用。作为区块链技术的核心元素，共识机制的设计决定了整个系统的可扩展性、安全性和去中心化的程度，也决定了系统能否承载更多、更复杂的应用，以及是否能适应更广泛的应用范围。比特币的成功吸引了大量的关注，其共识机制也引来了众多模仿者。一些人试图对其进行完善，还有另一些人希望对它进行全面革新。POW工作量证明

比特币使用的是POW工作量证明机制，其后来者以太坊、莱特币也采用同样的共识机制。POW需要进行大量的计算，以算出系统给出的数学难题。具体来说就是，计算出新区块的hash值，并且这个hash值要小于某个数，而且计算难度每过一段时间就会调整，以应对全网算力的变化，用来平衡生成一个区块所需的时间。尽管POW是非常公平和安全的共识机制，但它巨量的计算会消耗大量的能源，并造成环境污染。国际能源署2016年的数据显示，加密货币挖矿每年消耗的能源相当于希腊、以色列、智利、捷克等国的能源消耗水平。此外，加密货币挖矿行业每年产生的二氧化碳排放量，保守估计也要超过纽约到洛杉矶30多万次航班飞行的二氧化碳排放量。POS权益证明

Stellar首席执行官：加密货币有不同类型的共识机制，有些更环保:金色财经报道，今日在美国国会的加密听证会上，众议员Rashida Tlaib询问了比特币的能源使用情况，指出加密货币行业“目前消耗的能源足以为一个小国提供动力”。Tlaib说，比特币挖矿消耗的能源比阿根廷、苹果、Facebook和微软加起来还要多。对此，Stellar首席执行官Denelle Dixon指出，加密货币有不同类型的共识机制，它们使用更少的能源或可能更环保。Dixon指出了Marathon Digital在蒙大拿州的发电厂和Greenidge Generation的纽约矿场都是曾经关闭的燃煤发电厂被重新用于加密用途的例子。Dixon说：“我们都需要把精力集中在减少能源使用上。”[2021/12/9 12:59:34]

POS权益证明机制解决了POW工作量证明机制能源浪费的问题，通过持有Token的数量和时长来决定获得记账权的机率。相比POW，POS避免了挖矿造成大量的资源浪费，缩短了各个节点之间达成共识的时间，网络环境好的话可实现毫秒级，对节点性能要求低。但POS的缺点同样明显，持有Token多的节点更有机会获得记账权，这将导致“马太效应”，富者越富，破坏了区块链的去中心化。DPOS委托权益证明

分析 | Cosmos经济模型相对EOS这类的DPOS共识机制有一定的去中心化优势:Cosmos主网已于3月14日上线，根据海外研究平台Evaluape，本次版本上线的亮点是POS共识和相关经济体系的搭建，可以说是第一条较完整的POS链，具体经济模型相对EOS这类的DPOS共识机制有一定的去中心化优势。Cosmos设计了一整套激励奖惩机制保证代币持有者会加入整个生态中，而不同于EOS中用户将代币寄存给超级节点但无法分润节点收益的情况。一般来说，抵押的代币越多，验证人越分散，POS一系的区块链网络就越为安全，Cosmos的经济体系会通过代币的通货膨胀率来调节代币价值，而通货膨胀率通过抵押率来决定，抵押率越高，通货膨胀率越低，委托人手里的代币也越值钱。[2019/3/20]

DPOS委托权益证明与POS原理相同，其主要区别在于，DPOS的Token持有者可以投票选举代理人作为超级节点，负责在网络上生产区块并维护共识规则。如果这些节点未能履行职责，将投票选出新的节点。DPOS算法由DanLarimer于2014年提出，并被EOS、Tron、Bitshares等项目采用，其每秒处理的交易量比POS更高，能源消耗较少，但由于记账权集中在一小部分节点手中，因此它也倾向于中心化。POA权威证明

TrustNote项目代表李萌昊：高速异步DAG数据结构和双层共识机制可以突破链式结构的瓶颈:近日，在首届VE区块链创投（北京）交流会上TrustNote项目代表李萌昊作了主题分享。他表示，高速异步DAG数据结构和双层共识机制可以突破链式结构的瓶颈，可以极大地提升P2P网络价值。[2018/5/7]

POA不是一种独立的共识算法，而是POW和POS混合的算法，目前有唯链、欧链等采用了POA共识机制。POA节点之间无需进行通信即可达成共识，因此效率极高。并且它也能很好地对抗算力攻击，安全性较高。但是POA需要一个集中的权威节点来验证身份，这就意味着它会损害区块链的去中心化，这也是在去中心化和提高效率之间的妥协。PBFT拜占庭容错算法

PBFT模型是建立在工作量证明基础之上的另一种共识机制，这个概念本身比POW早了十年。它在20世纪90年代后期被提出，旨在抵御恶意节点破坏网络的风险，使用PBFT的风险很低，并且信任与资产所有权完全脱钩。PBFT系统的工作原理是，恶意节点的最大数量不得大于或等于系统中所有节点的三分之一。随着节点数量的增加，系统变得更加安全。PBFT的变体目前被Hyperledger，Stellar和Ripple等采用。上述几例只是所有共识机制中常见的一部分，它们经过时间的验证，已经被各种区块链项目采用，但在某种程度上共识机制的发展都是为了解决POW和POS的缺陷，也就是为了在区块链“不可能三角”——去中心化、可扩展性、安全性之间达到平衡。毕竟，区块链从根本上提供的是去信任的系统，安全和权力下放是一开始建立信任的关键，可扩展性则是系统可用性的决定因素。

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