五分鐘了解共識(shí)機(jī)制

什么是共識(shí)機(jī)制？

“共識(shí)機(jī)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(shí)機(jī)制在區(qū)塊鏈中的地位可想而知。那么到底什么是共識(shí)機(jī)制呢？我們不妨從拜占庭將軍問(wèn)題說(shuō)起。

拜占庭位于如今的土耳其的伊斯坦布爾，是東羅馬帝國(guó)的首都。由于當(dāng)時(shí)拜占庭羅馬帝國(guó)國(guó)土遼闊，為了防御目的，每個(gè)軍隊(duì)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(zhēng)的時(shí)候，拜占庭軍隊(duì)內(nèi)所有將軍和副官必須達(dá)成一致的共識(shí)，決定是否有贏的機(jī)會(huì)才去攻打敵人的陣營(yíng)。但是，在軍隊(duì)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(duì)的秩序。在進(jìn)行共識(shí)時(shí)，結(jié)果并不代表大多數(shù)人的意見。這時(shí)候，在已知有成員謀反的情況下，其余忠誠(chéng)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(wèn)題就此形成。

拜占庭將軍問(wèn)題是一個(gè)協(xié)議問(wèn)題，拜占庭帝國(guó)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(wèn)題是這些將軍在地理上是分隔開來(lái)的，并且將軍中存在叛徒。叛徒可以任意行動(dòng)以達(dá)到以下目標(biāo)：欺騙某些將軍采取進(jìn)攻行動(dòng)；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(dòng)；或者迷惑某些將軍，使他們無(wú)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(dòng)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(gè)問(wèn)題該如何解決？中本聰?shù)睦砟罱o出了一個(gè)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(gè)條件：“工作量”，將軍們同時(shí)做一道計(jì)算題，誰(shuí)先算完，誰(shuí)才能獲得給其他小國(guó)發(fā)信息的資格。而其他小國(guó)在收到信息后，必須采用加密技術(shù)進(jìn)行簽字蓋戳，以確認(rèn)身份。然后再繼續(xù)做題，做對(duì)題的再繼續(xù)發(fā)消息……對(duì)這種先后順序達(dá)成共識(shí)的算法，就是共識(shí)機(jī)制。

共識(shí)機(jī)制的作用

區(qū)塊鏈作為一種按時(shí)間順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可支持不同的共識(shí)機(jī)制。在區(qū)塊鏈上，每個(gè)人都會(huì)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(shí)，每個(gè)人接收到這個(gè)信息的時(shí)間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時(shí)發(fā)布一些錯(cuò)誤的信息，這時(shí)就需要一個(gè)人把所有人接收到的信息進(jìn)行驗(yàn)證，最后公布最正確的信息。

共識(shí)機(jī)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＿\(yùn)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(jī)械的代碼以人性和溫度。

共識(shí)機(jī)制的類別

目前的共識(shí)機(jī)制主要有POW、POS、DPOS、PBFT、dBFT、Pool驗(yàn)證池。

POW，就是人們熟悉的比特幣挖礦，通過(guò)計(jì)算出一個(gè)滿足規(guī)則的隨機(jī)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(diǎn)驗(yàn)證后一起存儲(chǔ)?？蓪?shí)現(xiàn)完全去中心化，節(jié)點(diǎn)自由進(jìn)出。干的越多，收的越多。

POS，權(quán)益證明，POW的一種升級(jí)共識(shí)機(jī)制，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占代幣的比例和時(shí)間，以此等比例的挖礦難度，從而加快找隨機(jī)數(shù)的速度。持有越多，獲得越多

DPOS，股份授權(quán)證明機(jī)制，類似于董事會(huì)投票，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。

PBFT ，Practical Byzantine Fault Tolerance，實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法，是一種狀態(tài)機(jī)副本復(fù)制算法，即服務(wù)作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模，狀態(tài)機(jī)在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行副本復(fù)制，每個(gè)狀態(tài)機(jī)的副本都保存了服務(wù)的狀態(tài)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的操作。

dBFT，delegated BFT 授權(quán)拜占庭容錯(cuò)算法，由權(quán)益來(lái)選出記賬人，然后記賬人之間通過(guò)拜占庭容錯(cuò)算法來(lái)達(dá)成共識(shí)。

Pool驗(yàn)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(yàn)證機(jī)制，是目前區(qū)塊鏈中廣泛使用的一種共識(shí)機(jī)制。Pool驗(yàn)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(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證，更適合有多方參與的多中心商業(yè)模式。

現(xiàn)有共識(shí)機(jī)制存在問(wèn)題

目前現(xiàn)有的共識(shí)機(jī)制都不算完美，在一些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景弊端很多。

A、計(jì)算能力浪費(fèi)

在工作量證明機(jī)制POW中，猜數(shù)字最快的通常是電腦計(jì)算能力強(qiáng)的。超強(qiáng)的計(jì)算能級(jí)僅用來(lái)猜數(shù)字，實(shí)在是浪費(fèi)。

B、權(quán)益向頂層集中

在權(quán)益證明機(jī)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(huì)得到一定的token作為獎(jiǎng)勵(lì)，如此持有token多的人會(huì)越來(lái)越多，少的人越來(lái)越少。

C、作惡成本低下

在靠算力與權(quán)益的的多少來(lái)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(gè)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(duì)于真正的去中心化構(gòu)成威脅

在工作量證明機(jī)制中，計(jì)算能力越強(qiáng)，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(lái)猜數(shù)字，把好多電腦的算力加在一起來(lái)用，那這些抱團(tuán)的人就會(huì)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(jī)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(huì)有獎(jiǎng)勵(lì)token ，這樣一來(lái)這些人就會(huì)越來(lái)越富有，貧富差距就會(huì)越來(lái)越大。持有token少的人幾乎都沒有話語(yǔ)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。