五分鐘了解共識機制

什么是共識機制？

“共識機制是區(qū)塊鏈的靈魂?！边@是業(yè)內(nèi)經(jīng)常能聽到的一句話，共識機制在區(qū)塊鏈中的地位可想而知。那么到底什么是共識機制呢？我們不妨從拜占庭將軍問題說起。

拜占庭位于如今的土耳其的伊斯坦布爾，是東羅馬帝國的首都。由于當(dāng)時拜占庭羅馬帝國國土遼闊，為了防御目的，每個軍隊都分隔很遠(yuǎn)，將軍與將軍之間只能靠信差傳消息。 在戰(zhàn)爭的時候，拜占庭軍隊內(nèi)所有將軍和副官必須達(dá)成一致的共識，決定是否有贏的機會才去攻打敵人的陣營。但是，在軍隊內(nèi)有可能存有叛徒和敵軍的間諜，左右將軍們的決定又?jǐn)_亂整體軍隊的秩序。在進行共識時，結(jié)果并不代表大多數(shù)人的意見。這時候，在已知有成員謀反的情況下，其余忠誠的將軍在不受叛徒的影響下如何達(dá)成一致的協(xié)議，拜占庭問題就此形成。

拜占庭將軍問題是一個協(xié)議問題，拜占庭帝國軍隊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攻行動；促成一個不是所有將軍都同意的決定，如當(dāng)將軍們不希望進攻時促成進攻行動；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。

而這個問題該如何解決？中本聰?shù)睦砟罱o出了一個比較好的答案：不能讓所有人都有資格發(fā)信息，而是給發(fā)信息設(shè)置了一個條件：“工作量”，將軍們同時做一道計算題，誰先算完，誰才能獲得給其他小國發(fā)信息的資格。而其他小國在收到信息后，必須采用加密技術(shù)進行簽字蓋戳，以確認(rèn)身份。然后再繼續(xù)做題，做對題的再繼續(xù)發(fā)消息……對這種先后順序達(dá)成共識的算法，就是共識機制。

共識機制的作用

區(qū)塊鏈作為一種按時間順序存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可支持不同的共識機制。在區(qū)塊鏈上，每個人都會有一份記錄鏈上所有交易的賬本，鏈上產(chǎn)生一筆新的交易時，每個人接收到這個信息的時間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時發(fā)布一些錯誤的信息，這時就需要一個人把所有人接收到的信息進行驗證，最后公布最正確的信息。

共識機制是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要組件。它就像一本法典，維系著區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲恼＿\轉(zhuǎn)，使得區(qū)塊鏈技術(shù)自帶改善世界的光芒，也是讓區(qū)塊鏈得以被全世界逐步接受和認(rèn)可的最大幕后功臣，它讓互聯(lián)網(wǎng)、陌生人之間，在沒有第三方作為信用背書的情況下發(fā)生的一切交易變成可能，它賦予了機械的代碼以人性和溫度。

共識機制的類別

目前的共識機制主要有POW、POS、DPOS、PBFT、dBFT、Pool驗證池。

POW，就是人們熟悉的比特幣挖礦，通過計算出一個滿足規(guī)則的隨機數(shù)，即獲得本次記賬權(quán)，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)，全網(wǎng)其它節(jié)點驗證后一起存儲?？蓪崿F(xiàn)完全去中心化，節(jié)點自由進出。干的越多，收的越多。

POS，權(quán)益證明，POW的一種升級共識機制，根據(jù)每個節(jié)點所占代幣的比例和時間，以此等比例的挖礦難度，從而加快找隨機數(shù)的速度。持有越多，獲得越多

DPOS，股份授權(quán)證明機制，類似于董事會投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點，代理他們進行驗證和記賬。

PBFT ，Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯算法，是一種狀態(tài)機副本復(fù)制算法，即服務(wù)作為狀態(tài)機進行建模，狀態(tài)機在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點進行副本復(fù)制，每個狀態(tài)機的副本都保存了服務(wù)的狀態(tài)，同時也實現(xiàn)了服務(wù)的操作。

dBFT，delegated BFT 授權(quán)拜占庭容錯算法，由權(quán)益來選出記賬人，然后記賬人之間通過拜占庭容錯算法來達(dá)成共識。

Pool驗證池，基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)建立，并輔之以數(shù)據(jù)驗證機制，是目前區(qū)塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基礎(chǔ)之上，可以實現(xiàn)秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業(yè)模式。

現(xiàn)有共識機制存在問題

目前現(xiàn)有的共識機制都不算完美，在一些實際應(yīng)用場景弊端很多。

A、計算能力浪費

在工作量證明機制POW中，猜數(shù)字最快的通常是電腦計算能力強的。超強的計算能級僅用來猜數(shù)字，實在是浪費。

B、權(quán)益向頂層集中

在權(quán)益證明機制POS中，token的余額越多的人獲得公示信息的概率越高，公示人會得到一定的token作為獎勵，如此持有token多的人會越來越多，少的人越來越少。

C、作惡成本低下

在靠算力與權(quán)益的的多少來獲得公示信息的權(quán)利的模式當(dāng)中，當(dāng)算力和權(quán)益向少數(shù)人集中之后，這些少數(shù)人如果想要做一些違反規(guī)則的事情是輕而易舉的；在PBFT中，由所有人投票，如果一個沒有任何token余額的人想要搗亂，那他幾乎是完全沒有利益損失。

D、對于真正的去中心化構(gòu)成威脅

在工作量證明機制中，計算能力越強，獲得記錄權(quán)利的概率就越高。如果有人把很多人集中在一起來猜數(shù)字，把好多電腦的算力加在一起來用，那這些抱團的人就會更容易獲得公示信息的權(quán)利，發(fā)展到最后可能公示權(quán)就直接掌握在這些人手里。

在權(quán)益證明機制POS中，權(quán)益越大的人獲得記錄權(quán)利的概率越高，而記錄的人就會有獎勵token ，這樣一來這些人就會越來越富有，貧富差距就會越來越大。持有token少的人幾乎都沒有話語權(quán)了。權(quán)利掌握在少數(shù)人手中，這有違區(qū)塊鏈去中心化理念。