区块链的几大共识机制及优缺点
区块链要成为一个难以攻破的、公开的、不可篡改数据记录的去中心化诚实可信系统,需要在尽可能短的时间内做到分布式数据记录的安全、明确及不可逆,提供一个最坚实且去中心化的系统。
区块链分布式记账的方式使得每个人手上都有一本完整的账本,全网共有。但是随着节点的不断增多,数据越多,账本也越安全,难以摧毁。除此之外,任意一个或者部分节点的账本被篡改,都不可能被全网认同,除非你能控制51%的节点,即51%攻击,但是这耗能巨大,几乎是不可能的。同时随着节点不断增加,谁来记账,如何选择合适的人来记账成为一个问题,而制定一个记账人的选择方式以及规定,让大家来遵守这个规定,达成共识,这就是区块链里面的共识机制。
共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制,说得更直白一些就是对于如何选择记账人达成共识。共识机制可以保证最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。
比特币作为区块链的第一个应用,它的共识机制PoW共识机制曾经一枝独秀,但是随着区块链技术的不断发展,各类不同的共识机制开始不断涌现,各有千秋,各有拥趸。
共识机制分类
PoW( Proof of Work)工作量证明:多劳多得
机制中根据矿工的工作量来执行货币的分配和记账权的确定。算力竞争的胜者将获得相应区块记账权和比特币奖励。因此,矿机芯片的算力越高,挖矿的时间更长,就可以获得更多的数字货币。
优点:算法简单,容易实现;节点间无需交换额外的信息即可达成共识;破坏系统需要投入极大的成本。
缺点:浪费能源;区块的确认时间难以缩短;新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临比特币的算力攻击;容易产生分叉,需要等待多个确认;永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性。
目前基于PoW共识机制的数字货币有很多,比特币、莱特币、狗狗币、达士币、门罗币等初期的数字货币大多都是PoW共识机制。
PoS(Proof of Stake)股权证明算法:持有越多,获得越多
POS 机制采用类似股权证明与投票的机制,选出记帐人,由它来创建区块。持有股权愈多则有较大的特权,且需负担更多的责任来产生区块,同时也获得更多收益的权力。
POS 机制中一般用币龄来计算记账权,每个币持有一天算一个币龄,比如持有100 个币,总共持有了30 天,那么此时的币龄就为3000。在POS 机制下,如果记账人发现一个POS 区块, 他的币龄就会被清空为0,每被清空365 币龄,将会从区块中获得0.05 个币的利息(可理解为年利率5%)。
优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间;不再需要大量消耗能源挖矿。
缺点:还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点;所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击影响。
最先开始运用权益证明共识机制的区块链项目是2012年诞生的PeerCoin,以太坊前三阶段均采用PoW共识机制,在第四阶段开始以太坊将采用权益证明机制,此外,量子链和Blackcoin都采用POS共识机制。
DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授权证明
DPOS 是在POS 基础之上发展起来的。与PoS的主要区别在于持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。
DPoS的工作原理为:每个股东按其持股比例拥有影响力,51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标,每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费,一名代表将获得1股作为报酬。DPoS的投票模式可以每30秒产生一个新区块。
优点:大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证。
缺点:整个共识机制还是依赖于代币,很多商业应用是不需要代币存在的。
中国观察