eth的共識演算法
比特幣和以太坊是pow算力挖礦。ipfs是存儲即挖礦，新型模式。
『貳』 區塊鏈技術中的共識演算法
關於區塊鏈技術的一些講解和知識點分析我們已經給大家分享過很多次了。今天，霍營java課程就再來了解一下，區塊鏈技術中的共識演算法的一些基本定義與特點。
簡單過一下區塊鏈
我們一般意識形態中的鏈是鐵鏈，由鐵鑄成，一環扣一環。形象地，區塊鏈的也可以這么理解，只不過它不是由鐵鑄成，而是由擁有一定數據結構的塊連接而成，這是一個簡單的雛形
通俗講解共識
所謂共識，通俗來說，就是我們大家對某種事物的理解達成一致的意思。比如說日常的開會討論問題，又比如判斷一個動物是不是貓，我們肉眼看了後覺得像貓，其滿足貓的特徵，那麼我們認為它是貓。共識，是一種規則。
繼續我們的會議例子。參與會議的人，通過開會的方式來達到談論解決問題。
對比區塊鏈中，參與挖礦的礦工通過某種共識方式(演算法)來解決讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致。讓賬本保持一致的深入一層意思就是，讓鏈中區塊信息保持一致。
為什麼需要共識，不需要可不可以?當然不可以，生活中沒了共識的規則，一切亂套。區塊鏈沒了共識的規則，各個節點各干各的，失去一致的意義。
這兩個例子的對應的關系如下：
會議的人=挖礦的礦工
開會=共識方式(演算法)
談論解決問題=讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致
如果你對節點的概念意思不懂，請先理解為礦工，一個節點內部包含很多角色，礦工是其中之一。
共識演算法
目前常見的在區塊鏈中，節點們讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致的共識方式(演算法)有如下幾種：
PoW，代表者是比特幣(BTC)
弊端：
礦池的出現，一定程度上違背了去中心化的初衷，同時也使得51%攻擊成為可能，影響其安全性。
存在巨大的算力浪費，看看礦池消耗大量的電力資源，隨著難度增加，挖出的不夠付電費
PoS，代表者是以太坊(ETH)，從PoW過度到PoS
弊端：
破壞者對網路的攻擊成本很低，擁有代幣就能競爭
另外擁有代幣數量大的節點獲得記賬權的概率會更大，會使得網路共識受少數富裕賬戶支配，從而失去公正性。
『叄』 拜占庭將軍問題與主要公鏈與聯盟鏈的處理方式
拜占庭將軍問題與主要公鏈與聯盟鏈的處理方式
拜占庭將軍問題是描述分布式系統一致性問題的經典案例。在分布式系統中，各個節點（如拜占庭將軍）需要就某個決策達成一致，但系統中可能存在惡意節點（如叛徒），這些節點可能故意發送錯誤的信息以破壞一致性。共識演算法的核心就是解決拜占庭將軍問題，即確保分布式網路中的節點能夠達成一致。
一、拜占庭將軍問題的背景
拜占庭帝國想要進攻一個強大的敵人，為此派出了多支軍隊去包圍這個敵人。這些軍隊需要同時攻擊才能獲勝，但他們之間通過通信兵相互通信來協商進攻意向及進攻時間。然而，他們不確定是否所有將軍都是忠誠的，因為叛徒可能擅自變更進攻意向或進攻時間。在這種狀態下，拜占庭將軍們如何保證有多於一定數量的軍隊在同一時間一起發起進攻，從而贏取戰斗？
二、主要公鏈的處理方式
比特幣（BTC）
解決方案：工作量證明機制（POW，Proof of Work）
策略：要求節點進行一些耗時的復雜運算，以耗費的時間、設備電力作為成本的一種擔保機制。這種機制提高了做叛徒的成本，因為叛徒需要投入大量的計算資源來篡改區塊鏈。
效果：通過最長選擇鏈（即最長的區塊鏈）來達成共識，確保網路中的大多數節點都遵循相同的區塊鏈歷史。
以太坊（ETH）
解決方案：權益證明機制（POS，Proof of Stake）
策略：使用偽隨機數或其它規則指定質押代幣的人為記賬員或交易驗證者，這些人通過驗證交易來獲得獎勵或交易手續費。
效果：旨在提高比特幣系統工作量證明方式不能解決的效率問題，同時保持網路的安全性。雖然以太坊目前仍採用工作量證明，但計劃逐漸過渡到權益證明。
三、聯盟鏈的處理方式
IBM區塊鏈技術HyperLedger/fabric
解決方案：拜占庭容錯機制（PBFT，Practical Byzantine Fault Tolerance）
策略：PBFT可以容忍投票的人中產生叛徒或者不響應的情況。當有f個節點未響應或出錯時，為了保證系統的正常，需要總共有3f+1個節點進行投票。
效果：通過拜占庭容錯演算法，HyperLedger/fabric能夠在存在惡意節點的情況下保持網路的一致性和安全性。
四、總結
共識機制的根本作用是構建一個既安全又符合其社區需求與發展的生態系統。不同的區塊鏈項目根據自身的特點和需求，採用了不同的共識演算法來解決拜占庭將軍問題。比特幣通過工作量證明機制確保了網路的安全性，但犧牲了效率；以太坊則計劃通過權益證明機制來提高效率；而IBM的HyperLedger/fabric則採用了拜占庭容錯機制，以在聯盟鏈環境中保持網路的一致性和安全性。這些共識演算法各有優劣，且隨著技術的發展和市場的變化，可能會不斷演變和完善。
『肆』 以太坊經典是什麼
1.什麼是以太經典？
ETC(Ethereum Classic)是以太坊在1,920,000個塊後硬分叉出的分叉幣種，功能和以太坊極為類似。ETC秉承去中心化理念，支持區塊鏈保證的共識機制。ETC堅信，區塊鏈一旦開始運行，它的發展方向就不被任何中心團隊所左右，而是按照參與整個網路人員的共識和全網算力的共識所決定。
2016年7月份進行的以太坊區塊鏈硬分叉旨在將被黑客盜竊的The DAO資金轉移到一個由投資者掌控的賬戶，並讓舊的交易記錄被歷史遺忘。大多數以太坊開發者都參與了這次逆轉，交易所、創業公司和該生態系統中的其他成員也參與了。幾天之後，該項目恢復了常態。但是並非所有人都想將舊的交易記錄忘記。於是一小部分礦工繼續使用原來的區塊鏈，以此作為一種抗議，他們將硬分叉描述為是對The DAO這個廢棄項目的抽資行為。於是Ethereum Classic(ETC)就誕生了。
2.詳細參數
中文名：以太經典 英文名：Ethereum Classic 英文簡稱：ETC
研發者：以太經典團隊 核心演算法：Ethash 共識證明：POW
發布日期：2016/7/20 區塊時間：約15-17秒/塊
貨幣總量：固定為2.1億，最高不超過2.3億，每500萬個區塊減速20%，第一次減產時間預計為2017年12月
主要特色：獨立的加密貨幣
『伍』 以太坊2.0、POS、信標鏈和分片都是些啥
以太坊2.0、POS、信標鏈和分片都是以太坊區塊鏈協議的重要升級部分，旨在解決其當前存在的問題，包括性能、安全性和可持續性。以下是這些概念的概述：
以太坊2.0（或簡稱為ETH2.0）是一個重大升級，旨在解決以太坊區塊鏈的三大問題：
性能：當前每秒僅能處理十幾筆交易，無法支持去中心化的通用計算平台願景。目標是提高到至少每秒支持1000筆交易。
安全性：以太坊共識機制為POW（工作量證明），導致算力集中，不利於去中心化和網路安全性。以太坊2.0計劃採用POS（權益證明）共識機制，讓更多的普通用戶參與共識過程。
可持續性：POW共識機制高耗能，不利於環保。以太坊2.0將採用不消耗大量電力的新共識演算法。
為實現以上目標，以太坊2.0引入了兩大機制：
POS（權益證明）：與POW（工作量證明）相比，POS參與者（驗證者）只需質押一部分虛擬資產，無需消耗大量電力或購買專用硬體，提高了普通用戶參與度和環保性。
分片（Shard）：通過分片鏈技術，以太坊可以同時運行多條區塊鏈，每條鏈負責處理部分交易，提高性能並降低節點硬體要求，增加去中心化程度。
以太坊2.0的升級將分階段進行，主要包括：
第0階段：信標鏈上線，實現POS機制並協調同步後的分片鏈。
第1階段：64個分片鏈上線並與信標鏈連接，實現數據存儲和智能合約執行。
第2階段：實現以太坊虛擬機，提供通用計算能力。
目前信標鏈已上線，信標鏈和現有以太坊區塊鏈並行運行，不直接影響當前的以太坊區塊鏈。在第1階段，原始以太坊區塊鏈將作為第一個分片鏈加入，POW挖礦將退出歷史舞台。以太坊2.0的完整實現仍需多個階段的逐步推進。
最後，以太坊2.0的POS機制和分片鏈技術將帶來更高的性能、更好的安全性和更高的環保性。如果您持有ETH，無需進行任何轉換操作，但可以考慮質押ETH參與POS機制以獲得收益，不過請務必了解風險並謹慎操作。
『陸』 011：Ethash演算法|《ETH原理與智能合約開發》筆記
待字閨中開發了一門區塊鏈方面的課程：《深入淺出ETH原理與智能合約開發》，馬良老師講授。此文集記錄我的學習筆記。
課程共8節課。其中，前四課講ETH原理，後四課講智能合約。
第四課分為三部分：
這篇文章是第四課第一部分的學習筆記：Ethash演算法。
這節課介紹的是以太坊非常核心的挖礦演算法。
在介紹Ethash演算法之前，先講一些背景知識。其實區塊鏈技術主要是解決一個共識的問題，而共識是一個層次很豐富的概念，這里把范疇縮小，只討論區塊鏈中的共識。
什麼是共識？
在區塊鏈中，共識是指哪個節點有記賬權。網路中有多個節點，理論上都有記賬權，首先面臨的問題就是，到底誰來記帳。另一個問題，交易一定是有順序的，即誰在前，前在後。這樣可以解決雙花問題。區塊鏈中的共識機制就是解決這兩個問題，誰記帳和交易的順序。
什麼是工作量證明演算法
為了決定眾多節點中誰來記帳，可以有多種方案。其中，工作量證明就讓節點去算一個哈希值，滿足難度目標值的勝出。這個過程只能通過枚舉計算，誰算的快，誰獲勝的概率大。收益跟節點的工作量有關，這就是工作量證明演算法。
為什麼要引入工作量證明演算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年發表，中本聰首次在比特幣中應用來解決共識問題。
它最初用來解決垃圾郵件問題。
其主要設計思想是通過暴力搜索，找到一種Block頭部組合（通過調整nonce）使得嵌套的SHA256單向散列值輸出小於一個特定的值（Target）。
這個演算法是計算密集型演算法，一開始從CPU挖礦，轉而為GPU，轉而為FPGA，轉而為ASIC，從而使得算力變得非常集中。
算力集中就會帶來一個問題，若有一個礦池的算力達到51%，則它就會有作惡的風險。這是比特幣等使用工作量證明演算法的系統的弊端。而以太坊則吸取了這個教訓，進行了一些改進，誕生了Ethash演算法。
Ethash演算法吸取了比特幣的教訓，專門設計了非常不利用計算的模型，它採用了I/O密集的模型，I/O慢，計算再快也沒用。這樣，對專用集成電路則不是那麼有效。
該演算法對GPU友好。一是考慮如果只支持CPU，擔心易被木馬攻擊；二是現在的顯存都很大。
輕型客戶端的演算法不適於挖礦，易於驗證；快速啟動
演算法中，主要依賴於Keccake256 。
數據源除了傳統的Block頭部，還引入了隨機數陣列DAG（有向非循環圖）（Vitalik提出）
種子值很小。根據種子值生成緩存值，緩存層的初始值為16M，每個世代增加128K。
在緩存層之下是礦工使用的數據值，數據層的初始值是1G，每個世代增加8M。整個數據層的大小是128Bytes的素數倍。
框架主要分為兩個部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto來計算最終的結果。
DAG分為三個層次，種子層，緩存層，數據層。三個層次是逐漸增大的。
種子層很小，依賴上個世代的種子層。
緩存層的第一個數據是根據種子層生成的，後面的根據前面的一個來生成，它是一個串列化的過程。其初始大小是16M，每個世代增加128K。每個元素64位元組。
數據層就是要用到的數據，其初始大小1G，現在約2個G，每個元素128位元組。數據層的元素依賴緩存層的256個元素。
整個流程是內存密集型。
首先是頭部信息和隨機數結合在一起，做一個Keccak運算，獲得初始的單向散列值Mix[0]，128位元組。然後，通過另外一個函數，映射到DAG上，獲取一個值，再與Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循環64次，得到Mix[64]，128位元組。
接下來經過後處理過程，得到 mix final 值，32位元組。（這個值在前面兩個小節《 009：GHOST協議 》、《 010：搭建測試網路 》都出現過）
再經過計算，得出結果。把它和目標值相比較，小於則挖礦成功。
難度值大，目標值小，就越難（前面需要的 0 越多）。
這個過程也是挖礦難，驗證容易。
為防止礦機，mix function函數也有更新過。
難度公式見課件截圖。
根據上一個區塊的難度，來推算下一個。
從公式看出，難度由三部分組成，首先是上一區塊的難度，然後是線性部分，最後是非線性部分。
非線性部分也叫難度炸彈，在過了一個特定的時間節點後，難度是指數上升。如此設計，其背後的目的是，在以太坊的項目周期中，在大都會版本後的下一個版本中，要轉換共識，由POW變為POW、POS混合型的協議。基金會的意思可能是使得挖礦變得沒意思。
難度曲線圖顯示，2017年10月，難度有一個大的下降，獎勵也由5個變為3個。
本節主要介紹了Ethash演算法，不足之處，請批評指正。
『柒』 浠ュお鍧婄殑pos鏄浠涔堟剰鎬
浠ュお鍧婏紙Ethereum錛夋槸涓縐嶅幓涓蹇冨寲鐨勫紑婧愬尯鍧楅摼騫沖彴錛孭oS鏄鎸囨潈鐩婅よ瘉錛圥roof of Stake錛夎繖縐嶅叡璇嗙畻娉曘侾oS鏈哄埗涓庝箣鍓嶆瘮鐗瑰竵鐨凱oW錛圥roof of Work錛夋満鍒朵笉鍚岋紝瀹冧嬌鐢ㄦ姷鎶兼潵楠岃瘉鍖哄潡鎻愪氦錛岄獙璇佽妭鐐逛笉鍐嶉渶瑕侀氳繃綆楀姏鏉ヨ幏寰楄拌處鏉冿紝鑰屾槸閫氳繃鎸佹湁涓瀹氭暟閲忕殑浠ｅ竵錛屼緥濡侲TH錛屾潵鑾峰緱鏉冪泭璇佹槑錛岃繖鏍峰彲浠ュ噺灝戦渶瑕佽楄垂澶ч噺璁＄畻璧勬簮鐨勭畻鍔涚珵璧涳紝淇濊瘉緗戠粶鐨勫畨鍏ㄦэ紝騫朵笖鍙浠ラ伩鍏嶇被浼兼瘮鐗瑰竵PoW鏈哄埗閫犳垚鐨勯珮鑳借楀拰璁＄畻璧勬簮嫻璐歸棶棰樸
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『捌』 【Discover ETH】什麼是權益證明PoS
本篇作為Discover系列文章的開篇，結合ETH2.0的目標，來談談權益證明PoS是什麼。
在談PoS之前，我們先來了解一下共識。共識，即達成了普遍協議。區塊鏈實質上是一個全球性的狀態機，達成共識意味著網路上至少有超過一半（51%）的節點同意網路的下一個全球狀態。
共識機制 （也稱為共識協議或共識演算法）允許分布式系統（計算機網路）協同工作並保持安全。當前主流的共識機制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設計之初就希望最終以太坊的共識機制能轉變為PoS，而PoW只作為一個過渡階段。但無論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實現分布式計算機的共識機制。下面先簡單了解工作量證明（PoW）的工作機制。
工作量證明通過礦工們完成，礦工們需要競爭創建最新區塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網路中的其他節點分享最新區塊，並且獲得最新的特定代幣區塊獎勵（如以太坊的以太幣）。由於用戶需要擁有超過網路中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網路安全得以保證。 這將需要巨大的設備和能源投入，所需的開支甚至可能超過收益。
工作量證明是08年在中本聰所創造的比特幣中提出的，至今已經經過了充分的考驗和測試，但隨著越來越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區塊的難度指數爆發式上升，也面臨的如下的問題：
PoS作為ETH2.0關鍵的建設目標，其作用不僅僅只是因為PoW帶來的環境不友好的能源消耗，還有PoS的建設能更有力支持 分片鏈 （以太坊網路擴展的關鍵升級），更強的去中心化特性等等。下面從幾個方面來簡單談談權益證明PoS的工作過程。
在以太坊中，工作量證明的過程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過算力試錯來反復計算，以此生成一個低於目標隨機數的混合哈希。這個計算難度依賴於區塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權益證明中，則沒有礦工這一角色，與之對應的是稱之為 驗證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。驗證者被 信標鏈 隨機選擇去創建區塊，並且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊並且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。此驗證被稱為證明。
驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵，對於一些惡意驗證者節點，也會有相應的懲罰機制使之失去質押。驗證者質押的ETH越多，獲得的獎勵也越多。可以這樣說，權益證明是一種用於激勵驗證者接受更多質押的機制。
前面提到了 分片鏈 這個名詞， 分片 就是將區塊鏈分成多條鏈。驗證者將會在不同的分片上處理它們的分片數據，以此來提高區塊鏈的工作效率。ETH2.0預計會有64個分片鏈。
驗證者會被隨機洗牌到不同的分片中，以防止驗證者惡意操縱節點並提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數據的關鍵角色就是 信標鏈 （Beacon Chain）。
信標鏈 是協調分片信息、管理驗證者的連接不同分片的橋梁。
當用戶在分片上提交交易時， 驗證者 將負責將用戶的交易添加到分片區塊中。 信標鏈 通過演算法選擇驗證器以提出新的塊。如果一個驗證者沒有被選中提出一個新的分塊，它們將會證明另一個驗證者的提議，並確認一切都正常。
至少需要 128 個被稱為 委員會 （ committee ）的驗證者來證明每個分片塊。委員會有一個提出和驗證分片區塊的時限，這個時限被稱為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個插槽只能創建一個有效區塊，一個 周期 （ Epoch ，大約6.4分鍾）有 32 個插槽。
每個周期過後，委員會都由不同的、隨機的參與者解散與重組，重組過程由一個半隨機演算法 RANDAO 來選擇，以此避免惡意節點的操縱。
ETH2.0使用 Cassper 終局協議來確認一個新的區塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當前參與計算的2/3的驗證者節點），該區塊就會被最終確定。而推薦此區塊的驗證者將獲得獎勵。因此，在權益證明的機制下，每過6.4分鍾就會創建一個新的區塊。關於Cassper協議的詳細說明後續再進行探索。
權益證明的建設以太坊在15年就已經提出，截止至今也才完成了Phase 0信標鏈的建設。而下一階段的與主網合並，再下一階段的分片鏈建設也一再推遲。雖然PoS的建設非常緩慢，但無論如何，權益證明作為主流的共識機制演算法之一，也是值得我們探討其設計原理。
後續將會針對信標鏈的詳細設計、分片等ETH2.0內容進行探索。