什么是共識？

我們所說的共識，是指達(dá)成了廣泛的一致。 比如，一群人去吃晚飯， 如果他們對于提議“吃某火鍋”沒有任何異議，那么就可以說共識達(dá)成了。 如果存在異議，那么他們就必須通過某種方法決定吃什么。 在極端情況下，這群人就會分開。

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什么是共識機(jī)制？

區(qū)塊鏈要成為一個(gè)難以攻破的、公開的、不可篡改數(shù)據(jù)記錄的去中心化誠實(shí)可信系統(tǒng)，需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)做到分布式數(shù)據(jù)記錄的安全、明確及不可逆，提供一個(gè)最堅(jiān)實(shí)且去中心化的系統(tǒng)。共識機(jī)制在區(qū)塊鏈中成為了重要的因素之一。

區(qū)塊鏈分布式記賬的方式使得每個(gè)人手上都有一本完整的賬本，全網(wǎng)共有。但是隨著節(jié)點(diǎn)的不斷增多，數(shù)據(jù)越多，賬本也越安全，難以摧毀。除此之外，任意一個(gè)或者部分節(jié)點(diǎn)的賬本被篡改，都不可能被全網(wǎng)認(rèn)同，除非你能控制51%的節(jié)點(diǎn)，即51%攻擊，但是這耗能巨大，幾乎是不可能的。同時(shí)隨著節(jié)點(diǎn)不斷增加，誰來記賬，如何選擇合適的人來記賬成為一個(gè)問題，而制定一個(gè)記賬人的選擇方式以及規(guī)定，讓大家來遵守這個(gè)規(guī)定，達(dá)成共識，這就是區(qū)塊鏈里面的共識機(jī)制。

共識機(jī)制是區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)就區(qū)塊信息達(dá)成全網(wǎng)一致共識的機(jī)制，說得更直白一些就是要解決所謂去中心化的信任問題，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)之間默認(rèn)是不認(rèn)識且不可靠的，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都不能知道其他節(jié)點(diǎn)是否宕機(jī)或者背叛的情況下，盡可能的保證記錄信息的準(zhǔn)確性以及安全性。同時(shí)節(jié)點(diǎn)越分散，效率越低，網(wǎng)絡(luò)對于信息的滿意度越高，越安全。

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共識機(jī)制的目標(biāo)

區(qū)塊鏈作為一種按時(shí)間順序存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可支持不同的共識機(jī)制。共識機(jī)制是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要組件。區(qū)塊鏈共識機(jī)制的目標(biāo)是使所有的誠實(shí)節(jié)點(diǎn)保存一致的區(qū)塊鏈視圖，同時(shí)滿足兩個(gè)性質(zhì)：
1）一致性：所有誠實(shí)節(jié)點(diǎn)保存的區(qū)塊鏈的前綴部分完全相同。
2）有效性：由某誠實(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)布的信息終將被其他所有誠實(shí)節(jié)點(diǎn)記錄在自己的區(qū)塊鏈中。

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為什么需要共識機(jī)制?

在分布式系統(tǒng)中，各個(gè)不同的主機(jī)通過異步通信方式組成網(wǎng)絡(luò)集群。為了保證每個(gè)主機(jī)達(dá)成一致的狀態(tài)共識，就需要在主機(jī)之間進(jìn)行狀態(tài)復(fù)制。異步系統(tǒng)中，可能會出現(xiàn)各樣的問題，例如主機(jī)出現(xiàn)故障無法通信，或者性能下降，而網(wǎng)絡(luò)也可能發(fā)生擁堵延遲，類似的種種故障有可能會發(fā)生錯(cuò)誤信息在系統(tǒng)內(nèi)傳播。因此需要在默認(rèn)不可靠的異步網(wǎng)絡(luò)中定義容錯(cuò)協(xié)議，以確保各主機(jī)達(dá)成安全可靠的狀態(tài)共識。所以，利用區(qū)塊鏈構(gòu)造基于互聯(lián)網(wǎng)的去中心化賬本，需要解決的首要問題是如何實(shí)現(xiàn)不同賬本節(jié)點(diǎn)上的賬本數(shù)據(jù)的一致性和正確性。

這就需要借鑒已有的在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)狀態(tài)共識的算法，確定網(wǎng)絡(luò)中選擇記賬節(jié)點(diǎn)的機(jī)制，以及如何保障賬本數(shù)據(jù)在全網(wǎng)中形成正確、一致的共識。

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如何評價(jià)一個(gè)共識機(jī)制的優(yōu)劣:

1. 安全性:能否有效防止二次支付，私自挖礦
2. 擴(kuò)展性:當(dāng)系統(tǒng)成員和待確認(rèn)交易數(shù)量增加時(shí)，所帶來的系統(tǒng)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)通信量的變化，通常以網(wǎng)絡(luò)吞吐量來衡量
3. 性能效率:每秒可以處理的交易數(shù)量
4. 資源消耗:達(dá)成共識過程中，所要消耗的CPU、內(nèi)存等計(jì)算資源

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共識機(jī)制分類

沒有一種共識機(jī)制是完美無缺的，各共識機(jī)制都有其優(yōu)缺點(diǎn)，有些共識機(jī)制是為解決一些特定的問題而生。

BTC作為區(qū)塊鏈的第一個(gè)應(yīng)用，它的共識機(jī)制PoW共識機(jī)制曾經(jīng)一枝獨(dú)秀，但是隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，各類不同的共識機(jī)制開始不斷涌現(xiàn)，各有千秋，各有擁躉。

常見的共識就機(jī)制包括：POW（工作量證明機(jī)制）、POS（權(quán)益證明機(jī)制）、POW+POS（混合共識機(jī)制）、DPOS（股份授權(quán)證明）等等，另外還有Pool驗(yàn)證池、Ripple瑞波共識協(xié)議、PBFT（使用拜占庭容錯(cuò)算法）等等

PoW( Proof of Work)工作量證明：多勞多得

最早（也是第一個(gè)）被應(yīng)用的共識機(jī)制，最先被BTC采用并且獲取了巨大成功，它支撐了BTC系統(tǒng)長達(dá) 10 多年無重大故障使其平穩(wěn)運(yùn)行。而且 PoW 構(gòu)想也符合創(chuàng)始人中本聰最初的設(shè)想：人人皆可挖礦、按勞分配、公平公正。

PoW 屬于按勞分配，多勞多得，就如同大家在BTC系統(tǒng)中一起進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，最先運(yùn)算出的才能獲得獎(jiǎng)勵(lì)。是一種衡量計(jì)算機(jī)工作量的共識機(jī)制。BTC使用的就是工作量證明機(jī)制。

工作量證明主要通過哈希計(jì)算找出合理數(shù)據(jù)的步驟來完成：將區(qū)塊頭數(shù)據(jù)帶入哈希函數(shù)計(jì)算公式，不斷調(diào)整區(qū)塊頭數(shù)據(jù)中的隨機(jī)數(shù)，直到計(jì)算出滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的哈希值，工作量證明就會完成。

簡單來說就是多勞多得，誰的算力強(qiáng)，計(jì)算得就更快，獲得記賬權(quán)的概率就越高，算力競爭的勝者將獲得相應(yīng)區(qū)塊記賬權(quán)和BTC獎(jiǎng)勵(lì)。 因此,礦機(jī)芯片的算力越高,挖礦的時(shí)間更長,就可以獲得更多的數(shù)字貨幣。進(jìn)行運(yùn)算獲得獎(jiǎng)勵(lì)的過程稱之為挖礦，參與挖礦的人們稱之為礦工。這種證明方式?jīng)Q定了其驗(yàn)證過程需要大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，而其他節(jié)點(diǎn)卻很容易驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否正確，因此 區(qū)塊鏈系統(tǒng)無法被惡意節(jié)點(diǎn)所欺騙。但是這種證明方式需要消耗大量能源(電力及計(jì)算硬件損耗)，很不 環(huán)保。并且在理論上，如果集合了全網(wǎng)51%的算力即可對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效攻擊，因此許多基于比特幣 代碼產(chǎn)生的、市值較小的山寨幣很容易遭受攻擊。

代表token：BTC、BCH、LTC等。

優(yōu)點(diǎn)

• 公平公正：去中心化程度高，人人都可以參與獲得記賬權(quán)；
• 安全系數(shù)高：全網(wǎng)算力越高，其安全程度也越高，如破壞該系統(tǒng)需要投入巨大成本；
• 算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)

缺點(diǎn)

• 資源浪費(fèi)：因每一筆交易都需要通過多數(shù)礦工的確認(rèn)，在這些礦工進(jìn)行運(yùn)算的過程中消耗大量的電力資源等。
• 效率低下：區(qū)塊的確認(rèn)時(shí)間難以縮短；容易產(chǎn)生分叉，需要等待多個(gè)確認(rèn)。
• 算力集中：根據(jù)往年數(shù)據(jù)顯示，在資本大量進(jìn)入的情況下，過去一年礦池算力份額排名前五位的礦池占據(jù)了BTC總算力份額的 65%，馬太效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，而算力過度集中還存在著 51% 攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
• 永遠(yuǎn)沒有最終性，需要檢查點(diǎn)機(jī)制來彌補(bǔ)最終性。

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PoS(Proof of Stake)股權(quán)證明算法：持有越多，獲得越多

因 PoW 存在的問題，PoS 在主流算法一路暢通的“殺了出來”，成為了最具有挑戰(zhàn)者。近幾年，基于 PoS共識打造的區(qū)塊鏈項(xiàng)目越來越多，如目前市值保持第二的ETH也加入了 PoS?！癝taking經(jīng)濟(jì)”在 2019年成為了熱門詞語，同時(shí)也被交易所和錢包大力追捧。

POS機(jī)制采用類似股權(quán)證明與投票的機(jī)制，選出記帳人，由它來創(chuàng)建區(qū)塊。持有股權(quán)愈多則有較大的特權(quán)，且需負(fù)擔(dān)更多的責(zé)任來產(chǎn)生區(qū)塊，同時(shí)也獲得更多收益的權(quán)力。 POS 機(jī)制中一般用幣齡來計(jì)算記賬權(quán)，每個(gè)幣持有一天算一個(gè)幣齡,比如 持有 100 個(gè)幣,總共持有了 30 天,那么此時(shí)的幣齡就為 3000。在 POS機(jī)制下,如果記賬人發(fā)現(xiàn)一個(gè) POS 區(qū)塊, 他的幣齡就會被清空為 0,每被清空 365 幣齡,將會從區(qū)塊中獲得 0.05 個(gè)幣的利息(可理解為年利率 5%)。

PoS權(quán)益證明同樣需要通過計(jì)算找出合理的哈希值來完成。 但不同的是權(quán)益證明機(jī)制通過節(jié)點(diǎn)持有加密貨幣的時(shí)間和數(shù)量來判斷節(jié)點(diǎn)的權(quán)益大小。根據(jù)權(quán)益大小不同，用戶之間看到的計(jì)算目標(biāo)值也不同。權(quán)益大的節(jié)點(diǎn)，獲得目標(biāo)值更加簡單，更容易獲得下一個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)。 這種方式不需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行大量的運(yùn)算，節(jié)省了電力能源。同時(shí)全網(wǎng)51%的算力攻擊在權(quán)益證明機(jī)制下是無效的，因?yàn)榘l(fā)起這種攻擊反而會損害自身的利益。但是可能會出現(xiàn)幣種持有數(shù)量大的節(jié)點(diǎn)權(quán)力過 大，對區(qū)塊鏈記賬享有絕對支配權(quán)的情況，容易引發(fā)信任問題。

在 PoS 機(jī)制中，是不需要消耗電力來進(jìn)行運(yùn)算，而是通過抵押 token 來獲得打包區(qū)塊的權(quán)利。當(dāng)一筆交易發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會對打包區(qū)塊和驗(yàn)證區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，獎(jiǎng)勵(lì)則是增發(fā)或者解鎖的 token。

代表token：ADA、ONT、ATOM等。

優(yōu)點(diǎn)

• 不浪費(fèi)資源、效率高：因其不需要拼算力挖礦，同時(shí)縮短了共識達(dá)成的時(shí)間，轉(zhuǎn)賬效率提高了；
• 弱化了中心礦池規(guī)模經(jīng)濟(jì)的需求：算力集中壟斷的情形也得到了緩解，個(gè)體競爭力差別相對減??；

缺點(diǎn)

• 被動形成中心化：因去中心化程度，容易出現(xiàn)強(qiáng)者恒強(qiáng)的情況，會導(dǎo)致富者越富，資源越來越集中的情況。
• 安全隱患：PoS機(jī)制實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，容易產(chǎn)生安全漏洞。
• 無權(quán)益問題（Nothing at Stake）：用戶在PoS中可以同時(shí)在兩個(gè)分叉上面下注；無論哪一個(gè)分叉后面被公認(rèn)為主鏈，該用戶都可以獲得獎(jiǎng)勵(lì)而沒有機(jī)會成本的損失。這樣也在事實(shí)上會干擾共識的形成。
• 還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn)。

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DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授權(quán)證明

DPoS 機(jī)制是在 PoS 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，舉例來說就是大家公認(rèn)的投出選票，選舉出一定數(shù)量的代表，讓這些代表進(jìn)行驗(yàn)證和記賬等，可以理解為PoS 的升級版。與PoS的主要區(qū)別在于持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，代理他們進(jìn)行驗(yàn)證和記賬。其合規(guī)監(jiān)管、性能、資源消耗和容錯(cuò)性與PoS相似。

DPoS的工作原理為：每個(gè)股東按其持股比例擁有影響力，51%股東投票的結(jié)果將是不可逆且有約束力的。其挑戰(zhàn)是通過及時(shí)而高效的方法達(dá)到51%批準(zhǔn)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，每個(gè)股東可以將其投票權(quán)授予一名代表。獲票數(shù)最多的前100位代表按既定時(shí)間表輪流產(chǎn)生區(qū)塊。每名代表分配到一個(gè)時(shí)間段來生產(chǎn)區(qū)塊。所有的代表將收到等同于一個(gè)平均水平的區(qū)塊所含交易費(fèi)的10%作為報(bào)酬。如果一個(gè)平均水平的區(qū)塊含有100股作為交易費(fèi)，一名代表將獲得1股作為報(bào)酬。DPoS的投票模式可以每30秒產(chǎn)生一個(gè)新區(qū)塊。

簡單點(diǎn)說：DPoS 委托權(quán)益證明通過由持幣人投票選舉出一定數(shù)量的代表來達(dá)成共識。 每個(gè)持幣人的投票所占的比重 與他持有的幣種數(shù)量有關(guān)，持有的越多，所占的比重越大。被選出的代表可擁有記賬權(quán)，輪流進(jìn)行記賬;未能很好履行職責(zé)的代表還會被投票除名。這一任期結(jié)束后，新的代表會再次通過投票產(chǎn)生。

代表token：EOS、TRX等。

優(yōu)點(diǎn)

• 比 PoS 機(jī)制擁有更高的效率和性能：相比于 PoS 機(jī)制，DPoS 大幅縮小了參與驗(yàn)證和記賬的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，可以達(dá)到秒級的共識驗(yàn)證。

缺點(diǎn)

• 整個(gè)共識機(jī)制還是依賴于token，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要代幣存在的。
• 去中心化程度低：相比較于只能說是弱中心化；
• 安全問題嚴(yán)重：類 PoS 機(jī)制的通病，相信大家都看到過報(bào)道，如被黑客攻擊等等。

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PoC(Proof of Capacity)容量證明機(jī)制

PoC 機(jī)制早在 2014年存在了，但只是一直處于“落魄階段”，簡單說就是沒火，無人問津。2019年隨著POC一大公鏈Yottachain的崛起，越來越多的礦工加入了POC硬盤挖礦這個(gè)行業(yè)大軍了。它是POW共識機(jī)制的一種，以硬盤作為共識參與者，它的特點(diǎn)是犧牲性能獲得安全可信，相對POW減少了非常多的安全和信任成本，更低成本解決了全局信任和安全，幾乎不耗電力資源，并且可共享和復(fù)用的信任生態(tài)。

PoC 機(jī)制是通過普通硬盤挖礦的共識機(jī)制。簡單來說就是利用計(jì)算機(jī)硬盤中的閑置空間來進(jìn)行存儲進(jìn)行挖礦獲取收益，硬盤空間越大，存儲的內(nèi)容越多獲得的收益就越大。 它更多地關(guān)注內(nèi)存而不是處理能力。 從某種意義上說，這是對PoW的改進(jìn)，即使在挖掘開始之前，容量證明也要求節(jié)點(diǎn)將預(yù)先計(jì)算的哈希值存儲在其硬盤驅(qū)動器和其他內(nèi)存單元上，這個(gè)過程稱為繪圖，繪圖使容量證明成為比工作證明更快的機(jī)制。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以節(jié)省大量能源，這與工作量證明機(jī)制不同。更不用說，硬盤存儲更多哈希值的任何技術(shù)改進(jìn)也將為不在區(qū)塊鏈中的人改進(jìn)技術(shù)，這與許多制造商制造的專用芯片不同，后者除了采礦之外什么都不做。

IPFS 也類似，但不同的是 IPFS 衍生的區(qū)塊鏈項(xiàng)目（激勵(lì)層Filecoin）是一種去中心化存儲服務(wù)的 Marketplace（撮合交易的市場），它的重點(diǎn)在于如何在系統(tǒng)參與者互不信任的條件下，實(shí)現(xiàn)存儲和檢索工作的量化；PoC 是一種底層共識機(jī)制，與 PoW、PoS一樣都是去中心化網(wǎng)絡(luò)達(dá)成一致性狀態(tài)的算法。由此來看，兩者是完全不同的概念，唯一的共同點(diǎn)就是都可以使用硬盤向網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)價(jià)值來換取收益。

代表token：BTT、BHD等。

優(yōu)點(diǎn)

• 挖礦門檻較低：只要有硬盤就可以進(jìn)行挖礦，大大降低了挖礦門檻；PoC的礦機(jī)耗電量低、噪音小、成本低，適合家庭挖礦和人人挖礦。
• 去中心化程度較高：抵押機(jī)制提高了算力集中化的門檻，即便有超級礦工出現(xiàn)，普通散戶也可以繼續(xù)獲得收益。
• 能源消耗低，節(jié)能：相比于PoW，POC挖礦將算力替換成硬盤空間，在很大程度的杜絕了POW挖礦造成的資源浪費(fèi)以及對環(huán)境不友好等問題，同時(shí)降低了挖礦成本，讓礦工從挖礦中賺取更多的利潤。
• 反壟斷：用硬盤容量替代了算力，天然具有抗ASIC的屬性

缺點(diǎn)

• 未來發(fā)展的局限性可能較大
• 可能會有政策性風(fēng)險(xiǎn)
• PoC并沒有實(shí)現(xiàn)真正的平等

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DAG(Directed acyclic graph)有向無環(huán)圖：無區(qū)塊鏈概念

有向無環(huán)圖是計(jì)算機(jī)科學(xué)中眾所周知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，區(qū)塊鏈也是DAG的一個(gè)例子，因?yàn)樗幸粋€(gè)明確的方向，沒有任何循環(huán)，并且是一個(gè)圖。1OTA使用的Tangle也是DAG共識機(jī)制的一種形式。在這種機(jī)制中，每個(gè)塊必須有兩個(gè)父塊。所以，為了通過DAG共識機(jī)制完成一筆交易，用戶需要驗(yàn)證自己之前的兩筆交易。這種機(jī)制的最大優(yōu)勢是它可以減少延遲和交易費(fèi)用。然而，這種共識模型對提高可擴(kuò)展性幾乎沒有任何作用，而且極易受到攻擊，因?yàn)槿魏喂糁恍枰?4%的哈希算力就可以破壞系統(tǒng)。

DAG最初出現(xiàn)就是為了解決區(qū)塊鏈的效率問題。其通過改變區(qū)塊的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)，通過DAG的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來存儲區(qū)塊。在區(qū)塊打包時(shí)間不變的情況下，網(wǎng)絡(luò)中可以并行的打包N個(gè)區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)中的交易就可以容納N倍。

之后DAG發(fā)展成為脫離區(qū)塊鏈，提出了blockless無區(qū)塊的概念。新交易發(fā)起時(shí)，只需要選擇網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在的并且比較新的交易作為鏈接確認(rèn)，這一做法解決了網(wǎng)絡(luò)寬度問題，大大加快了交易速度。

代表token：IOTA、byteball等。
前段時(shí)間國內(nèi)首個(gè)基于DAG的物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈項(xiàng)目ITC萬物鏈也取得了不小的漲幅。

優(yōu)點(diǎn)

• 交易速度快;
• 無需挖礦;
• 極低的手續(xù)費(fèi)

缺點(diǎn)

• 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大，導(dǎo)致極易成為中心化;
• 安全性低于PoW機(jī)制

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PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)實(shí)用拜占庭容錯(cuò)：分布式一致性算法

實(shí)用拜占庭容錯(cuò)在保證活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容錯(cuò)性。
在分布式計(jì)算上，不同的計(jì)算機(jī)透過訊息交換，嘗試達(dá)成共識;但有時(shí)候，系統(tǒng)上協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)(Coordinator / Commander)或成員計(jì)算機(jī) (Member /Lieutanent)可能因系統(tǒng)錯(cuò)誤并交換錯(cuò)的訊息，導(dǎo)致影響最終的系統(tǒng)一致性。拜占庭將軍問題就根據(jù)錯(cuò)誤計(jì)算機(jī)的數(shù)量，尋找可能的解決辦法，這無法找到一個(gè)絕對的答案，但只可以用來驗(yàn)證一個(gè)機(jī)制的有效程度。而拜占庭問題的可能解決方法為：在 N ≥ 3F + 1 的情況下一致性是可能解決。其中，N為計(jì)算機(jī)總數(shù)，F(xiàn)為有問題計(jì)算機(jī)總數(shù)。信息在計(jì)算機(jī)間互相交換后，各計(jì)算機(jī)列出所有得到的信息，以大多數(shù)的結(jié)果作為解決辦法。

優(yōu)點(diǎn)

• 系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)可以脫離幣的存在，pbft算法共識各節(jié)點(diǎn)由業(yè)務(wù)的參與方或者監(jiān)管方組成，安全性與穩(wěn)定性由業(yè)務(wù)相關(guān)方保證。
• 共識的時(shí)延大約在2~5秒鐘，基本達(dá)到商用實(shí)時(shí)處理的要求。
• 共識效率高，可滿足高頻交易量的需求。

缺點(diǎn)

• 當(dāng)有1/3或以上記賬人停止工作后，系統(tǒng)將無法提供服務(wù)；
• 當(dāng)有1/3或以上記賬人聯(lián)合作惡，且其它所有的記賬人被恰好分割為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)孤島時(shí)，惡意記賬人可以使系統(tǒng)出現(xiàn)分叉，但是會留下密碼學(xué)證據(jù)

實(shí)用拜占庭容錯(cuò)主要應(yīng)用于央行的數(shù)字貨幣以及布萌區(qū)塊鏈。

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dBFT(delegated BFT)授權(quán)拜占庭容錯(cuò)算法

小蟻采用的dBFT機(jī)制，是由權(quán)益來選出記賬人，然后記賬人之間通過拜占庭容錯(cuò)算法來達(dá)成共識。dBFT和PBFT的關(guān)系類似于PoS和DPoS的關(guān)系。

dBFT在PBFT基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下改進(jìn)：

1. 將C/S架構(gòu)的請求響應(yīng)模式，改進(jìn)為適合P2P網(wǎng)絡(luò)的對等節(jié)點(diǎn)模式；
2. 將靜態(tài)的共識參與節(jié)點(diǎn)改進(jìn)為可動態(tài)進(jìn)入、退出的動態(tài)共識參與節(jié)點(diǎn)；
3. 為共識參與節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生設(shè)計(jì)了一套基于持有權(quán)益比例的投票機(jī)制，通過投票決定共識參與節(jié)點(diǎn)（記賬節(jié)點(diǎn)）；
4. 在區(qū)塊鏈中引入數(shù)字證書，解決了投票中對記賬節(jié)點(diǎn)真實(shí)身份的認(rèn)證問題。

優(yōu)點(diǎn)

• 專業(yè)化的記賬人；
• 可以容忍任何類型的錯(cuò)誤；
• 記賬由多人協(xié)同完成，每一個(gè)區(qū)塊都有最終性，不會分叉；
• 算法的可靠性有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明；

缺點(diǎn)

• 當(dāng)有1/3或以上記賬人停止工作后，系統(tǒng)將無法提供服務(wù)；
• 當(dāng)有1/3或以上記賬人聯(lián)合作惡，且其它所有的記賬人被恰好分割為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)孤島時(shí)，惡意記賬人可以使系統(tǒng)出現(xiàn)分叉，但是會留下密碼學(xué)證據(jù)；

以上總結(jié)來說，dBFT機(jī)制最核心的一點(diǎn)，就是最大限度地確保系統(tǒng)的最終性，使區(qū)塊鏈能夠適用于真正的金融應(yīng)用場景。

---

Pool驗(yàn)證池——私有鏈專用

基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)，加上數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制;之前曾是行業(yè)鏈大范圍在使用的共識機(jī)制，但是隨著私有鏈項(xiàng)目的逐漸減少漸漸開始勢微。

優(yōu)點(diǎn)

不需要token也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)秒級共識驗(yàn)證。

缺點(diǎn)

去中心化程度不如bictoin；更適合多方參與的多中心商業(yè)模式。

參考

拜占庭將軍問題

拜占庭將軍問題是一個(gè)協(xié)議問題，拜占庭帝國軍隊(duì)的將軍們必須全體一致的決定是否攻擊某一支敵軍。問題是這些將軍在地理上是分隔開來的，并且將軍中存在叛徒。叛徒可以任意行動以達(dá)到以下目標(biāo)：欺騙某些將軍采取進(jìn)攻行動；促成一個(gè)不是所有將軍都同意的決定，如當(dāng)將軍們不希望進(jìn)攻時(shí)促成進(jìn)攻行動；或者迷惑某些將軍，使他們無法做出決定。如果叛徒達(dá)到了這些目的之一，則任何攻擊行動的結(jié)果都是注定要失敗的，只有完全達(dá)成一致的努力才能獲得勝利。

這一問題是一種對現(xiàn)實(shí)世界的模型化，尤指網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中由于軟硬件錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)阻塞及惡意攻擊導(dǎo)致的各種未知行為。
顯然，在此處默認(rèn)了將軍們在達(dá)成一致的過程中正確的傳遞出了自己的決定，也就是說叛徒只存在于將軍當(dāng)中，不存在于傳令兵當(dāng)中。故要讓拜占庭將軍問題有解，必須要具備一個(gè)重要前提，即信道必須是安全可靠的。關(guān)于信道可靠問題，會引出兩軍問題。兩軍問題的結(jié)論是，在一個(gè)不可靠的通信鏈路上試圖通過通信以達(dá)成一致是基本不可能或者十分困難的。

拜占庭容錯(cuò)

拜占庭將軍問題提出后，有很多的算法被提出用于解決這個(gè)問題。這類算法統(tǒng)稱拜占庭容錯(cuò)算法（BFT: Byzantine Fault Tolerance）。簡略來說，拜占庭容錯(cuò)（BFT）不是某一個(gè)具體算法，而是能夠抵抗拜占庭將軍問題導(dǎo)致的一系列失利的系統(tǒng)特點(diǎn)。 這意味著即使某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)缺點(diǎn)或惡意行為，拜占庭容錯(cuò)系統(tǒng)也能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。本質(zhì)上來說，拜占庭容錯(cuò)方案就是少數(shù)服從多數(shù)。

拜占庭將軍問題的原始論文給出了一些解決思路，但其更注重理論上的可行性。算法效率不高，算法復(fù)雜度為指數(shù)級，且文中明確指出時(shí)間成本及消息傳遞數(shù)量很大。因此不具備太大的實(shí)用價(jià)值。

拜占庭容錯(cuò)系統(tǒng)需要達(dá)成如下兩個(gè)指標(biāo)：
● 安全性：任何已經(jīng)完成的請求都不會被更改，它可以在以后請求看到。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，可以理解為，已經(jīng)生成的賬本不可篡改，并且可以被節(jié)點(diǎn)隨時(shí)查看。
● 活性：可以接受并且執(zhí)行非拜占庭客戶端的請求，不會被任何因素影響而導(dǎo)致非拜占庭客戶端的請求不能執(zhí)行。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，可以理解為，系統(tǒng)需要持續(xù)生成區(qū)塊，為用戶記賬，這主要靠挖礦的激勵(lì)機(jī)制來保證。

拜占庭系統(tǒng)目前普遍采用的假設(shè)條件包括:
● 拜占庭節(jié)點(diǎn)的行為可以是任意的，拜占庭節(jié)點(diǎn)之間可以共謀；
● 節(jié)點(diǎn)之間的錯(cuò)誤是不相關(guān)的；
● 節(jié)點(diǎn)之間通過異步網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)中的消息可能丟失、亂序、延時(shí)到達(dá)；
● 服務(wù)器之間傳遞的信息,第三方可以知曉 ,但是不能竄改、偽造信息的內(nèi)容和驗(yàn)證信息的完整性；

科普 | 什么是共識機(jī)制？

詳解區(qū)塊鏈中常見的八大共識機(jī)制！

區(qū)塊鏈的幾大共識機(jī)制及優(yōu)缺點(diǎn)

作者：彩云sky
來源：人人都是產(chǎn)品經(jīng)理
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