探索完美解决方案 哪些共识机制可以构建区块链的灵魂？

在区块链领域，人们从未停止探索更好的共识机制。

为什么区块链需要共识机制？ 说到这个问题，网上广为流传的通俗解释就是想一想拜占庭将军问题：一群拜占庭将军每人率领一支军队围攻一座城市。 为了简化问题，将各军的行动策略限定为进攻或撤退。 由于部分军队进攻和部分撤退可能会造成灾难性的后果，因此将军们必须投票同意一项战略。 该系统的问题在于，将军中可能存在叛徒，他们可能不仅会投票给较差的策略，还会选择性地发送投票信息。

简单来说，拜占庭将军问题就是一个一致的问题，只有完全一致的努力才能获胜。 基于此类问题的存在，我们需要达成共识。

目前，区块链上的共识机制有很多，主要包括三种机制：工作量证明、权益证明和共享授权证明。

工作量证明（Proof of Work，简称PoW）：是比特币的共识形式。

作为比特币的底层技术，区块链解决的一个核心问题就是双花问题，即需要让分布式节点达成统一的认可，这就需要通过一定的方式来判断哪些节点是合法的，哪些是合法的。非法的存在。

中本聪提出了 PoW 机制，即比特币在出块过程中采用 PoW 机制。 通过一个容易验证的计算，看网络中哪个节点最先找到随机数。 验证通过后，即可生成区块。 广播得到节点认可后，形成区块链。

简单来说，基于PoW共识机制，通过算力暴力搜索随机数，谁找到随机数，谁就批准该区块。 一般来说，当一个节点拥有全网n%的算力时，该节点有n%的概率找到区块链哈希值。

可以说，PoW过程是系统外的输入，即需要大量的计算，在这个过程中，需要消耗成本。 大量的计算需要更高的算力，从而产生了PoW挖矿的一系列产业生态。 来自上游芯片设计公司和芯片厂商； 向中游机械制造业； 再到运到矿场的矿机，选择低价电，接入矿池，最终获得出块奖励。

PoW 挖矿是为了追求区块奖励。 从财务角度看，是追求中期看涨期权。 但就套利而言，它是一种非确定性套利。 由于挖矿难度和价格的曲线一般不完全匹配，矿工需要承担价格暴涨暴跌的时间差和收益等风险。 因此，当比特币的市场价格低于挖矿成本价时，矿工会选择关停等待，在高点抛币以获得更高的利润。

从PoW机制的流程来看，它的优势是显而易见的，它是完全去中心化的，让节点自由进入。 但它也存在一些问题。 首先是依赖机器进行计算和获取记账权的过程造成了巨大的资源消耗。 每次达成共识都需要全网参与计算，性能效率低下。 此外，全球芯片制造商垄断芯片，对廉价电力的需求导致挖矿向某些国家和地区集中。 矿工承担周期性风险。 当开发者和矿工意见不一致时，不利于区块链的快速迭代，比如之前的扩容之争，这里不再赘述。 但总的来说，这是迄今为止最公平、最安全的共识机制。

Proof of Stake（简称PoS）：最早由“量子力学”于2011年在比特币论坛上提出，后由点点币（Diancoin）和NXT（Future Coin）以不同的思路实现。

PoS共识机制要求节点提供分布式共识机制，持有一定数量的token证书，以获得竞争区块链的记账权。 如果单纯依靠代币余额来确定记账人，势必会形成更加极端的马太效应，因此会加入其他因素来限制代币持有量，以保证一定的公平性。 未来以太坊也会从现在的POW机制转为POS机制。

比如在PoW中，用户用10000美元购买矿机，加入网络挖矿产生区块，获得奖励。 那么在PoS中，用户可以用同样的10000美元购买等值的代币，将代币作为保证金放入PoS机制中，这样用户就有机会快速生成新区块并获得奖励，但PoS取决于系统中的产出. 与现实世界没有直接关系，这是一个生成新币并将其分配给投票用户的过程，这是一种通货膨胀的收入方式。

PoS 的优势是显而易见的。 根据每个节点代币的比例和时间，按比例降低挖矿难度，从而加快寻找随机数的速度。 在一定程度上缩短了达成共识的时间，不再需要消耗大量能源进行挖矿。 但PoS也并不完美，仍然需要“挖矿”，本质上并没有解决商业应用的痛点。 理论上以太坊代理连接矿池，还有其他攻击（证明硬分叉失败）。

体现在用户参与度上，PoS其实对小持币者并不友好。 与传统金融类比，大型金融机构的回报率更高。 PoS的收益与币龄和持币数量有关，因此对小额持币者并不友好，普通投资者也难以有效参与PoS生态。 PoW 通过矿机和物理产生收益，而 PoS 通过数字资产进行投票。 投票过程中必然会触及核心资产的安全，因此资产安全门槛较高。 抵押代币，即锁定代币持有人头寸的过程耗时较长，代币持有人要承担较高的机会成本。

然而，由于 PoS 仍处于早期阶段，其通胀回报仍存在良好的套利机会。 此外，随着市场上一系列相应的金融衍生方式的出现，用户或许可以通过获得相对安全和专业的服务来增加更多的确定性收益。

市场上有很多声音指出，2019年可能是PoS挖矿元年，因为它具有早期参与和盈利的优势。 可以说，PoW经过10年的发展，市值已经达到了百亿美元，而PoS才刚刚起步。 目前全球已有超过80条公链支持PoS，有望成为独角兽。

Proof of Share Authorization（DPoS机制）：它与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人进行验证和记账。

DPoS机制类似于董事会的投票，代币持有者公开一定数量的节点进行代理验证和记账。 DPoS机制投票方式每30秒可产生一个区块，在正常网络条件下，区块链分叉的可能性极小，即使发生也能快速解决。 过程简化为：成为网络代表； 授权投票； 保持忠诚； 抵抗攻击。

DPoS 同步确认的节点越来越少，速度会越来越快。 EOS只有21个节点，一些DPOS公链只有19个节点。 在DPOS的基础上，公链项目开始开放更多的思路以太坊代理连接矿池，因为DPOS已经开始出现弱中心化的趋势。 但是，这种共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为共识机制无法摆脱对代币的依赖，而很多商业应用并不需要代币。

从PoW、PoS到DPoS，人们的探索从未停止。 比如投注共识（Casper引入的新概念，以太坊的下一代共识机制，属于PoS），Ripple共识机制（初始节点列表就像一个俱乐部，接纳新成员需要51%的俱乐部会员投票）、Pool验证池、实用拜占庭容错、授权拜占庭容错、Paxos算法等。

在今天，没有一种共识机制是完美的，也就是说没有一种共识机制是适用于所有应用场景的。 也许在未来——生活会找到自己的路。