pop區塊鏈共識機制技術原理

『壹』 區塊鏈的技術原理是什麼

區塊鏈技術涉及的關鍵點包括：去中心化（冊蘆陪Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectivelymaintain）、可靠資料庫（ReliableDatabase）、時間戳（Timestamp）、非對稱加密（AsymmetricCryptography）等。

區塊鏈技術重新定義了網路中信用的生成方式：在系統中，參與者無需了解其他人的背景資料，也不需要藉助第三方機構的擔保或保證，區塊鏈技術保障了系統對價值轉移的活動進行記錄、傳輸、存儲，其最後的結果一定是可信的。

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區塊鏈技術原理的來源可歸納為一個數學問題：拜占庭將軍問題。拜占庭將軍問題延伸到互聯網生活中來，其內涵可概括為：在互聯網大背景下，當需要與不熟悉的對手方進行價值交換活動時，人們如何才能防止不會被其中的惡意破壞者欺騙、迷惑從而做出錯誤的決策。

進一步將拜占庭將軍問題延伸到技術領域中來，其內涵可概括為：在缺少可信任州蠢的中央節點和可信任的通道的情況嘩此下，分布在網路中的各個節點應如何達成共識。區塊鏈技術解決了聞名已久的拜占庭將軍問題——它提供了一種無需信任單個節點、還能創建共識網路的方法。

『貳』 區塊鏈的共識機制

1. 網路上的交易信息如何確認並達成共識？ 

雖然經常提到共識機制，但是對於共識機制的含義和理解卻並清楚。因此需要就共識機制的相關概念原理和實現方法有所理解。 

區塊鏈的交易信息是通過網路廣播傳輸到網路中各個節點的，在整個網路節點中如何對廣播的信息進行確認並達成共識 最終寫入區塊呢？  如果沒有相應的可靠安全的實現機制，那麼就難以實現其基本的功能，因此共識機制是整個網路運行下去的一個關鍵。

共識機制解決了區塊鏈如何在分布式場景下達成一致性的問題。區塊鏈能在眾多節點達到一種較為平衡的狀態也是因為共識機制。那麼共識機制是如何在在去中心化的思想上解決了節點間互相信任的問題呢？ 

當分布式的思想被提出來時，人們就開始根據FLP定理和CAP定理設計共識演算法。 規范的說，理想的分布式系統的一致性應該滿足以下三點：

1.可終止性（Termination）：一致性的結果可在有限時間內完成。

2.共識性(Consensus)：不同節點最終完成決策的結果應該相同。

3.合法性(Validity)：決策的結果必須是其他進程提出的提案。

但是在實際的計算機集群中，可能會存在以下問題:

1.節點處理事務的能力不同，網路節點數據的吞吐量有差異

2.節點間通訊的信道可能不安全

3.可能會有作惡節點出現

4.當非同步處理能力達到高度一致時，系統的可擴展性就會變差（容不下新節點的加入）。

科學家認為，在分布式場景下達成 完全一致性 是不可能的。但是工程學家可以犧牲一部分代價來換取分布式場景的一致性，上述的兩大定理也是這種思想，所以基於區塊鏈設計的各種公式機制都可以看作犧牲那一部分代價來換取多適合的一致性，我的想法是可以在這種思想上進行一個靈活的變換，即在適當的時間空間犧牲一部分代價換取適應於當時場景的一致性，可以實現靈活的區塊鏈系統，即可插拔式的區塊鏈系統。今天就介紹一下我對各種共識機制的看法和分析，分布式系統中有無作惡節點分為拜占庭容錯和非拜占庭容錯機制。

FLP定理即FLP不可能性，它證明了在分布式情景下，無論任何演算法，即使是只有一個進程掛掉，對於其他非失敗進程，都存在著無法達成一致的可能。

FLP基於如下幾點假設：

僅可修改一次 ：  每個進程初始時都記錄一個值（0或1）。進程可以接收消息、改動該值、並發送消息，當進程進入decide state時，其值就不再變化。所有非失敗進程都進入decided state時，協議成功結束。這里放寬到有一部分進程進入decided state就算協議成功。

非同步通信 ：  與同步通信的最大區別是沒有時鍾、不能時間同步、不能使用超時、不能探測失敗、消息可任意延遲、消息可亂序。

通信健壯： 只要進程非失敗，消息雖會被無限延遲，但最終會被送達；並且消息僅會被送達一次（無重復）。

Fail-Stop 模型： 進程失敗如同宕機，不再處理任何消息。

失敗進程數量 ： 最多一個進程失敗。

CAP是分布式系統、特別是分布式存儲領域中被討論最多的理論。CAP由Eric Brewer在2000年PODC會議上提出，是Eric Brewer在Inktomi期間研發搜索引擎、分布式web緩存時得出的關於數據一致性(consistency)、服務可用性(availability)、分區容錯性(partition-tolerance)的猜想：

數據一致性 (consistency)：如果系統對一個寫操作返回成功，那麼之後的讀請求都必須讀到這個新數據；如果返回失敗，那麼所有讀操作都不能讀到這個數據，對調用者而言數據具有強一致性(strong consistency) (又叫原子性 atomic、線性一致性 linearizable consistency)[5]

服務可用性 (availability)：所有讀寫請求在一定時間內得到響應，可終止、不會一直等待

分區容錯性 (partition-tolerance)：在網路分區的情況下，被分隔的節點仍能正常對外服務

在某時刻如果滿足AP，分隔的節點同時對外服務但不能相互通信，將導致狀態不一致，即不能滿足C；如果滿足CP，網路分區的情況下為達成C，請求只能一直等待，即不滿足A；如果要滿足CA，在一定時間內要達到節點狀態一致，要求不能出現網路分區，則不能滿足P。

C、A、P三者最多隻能滿足其中兩個，和FLP定理一樣，CAP定理也指示了一個不可達的結果(impossibility result)。

『叄』 區塊鏈究竟是什麼解密區塊鏈的概念

『肆』 區塊鏈 共識機制 就是要讓系統內所有人都知道彼此做過什麼

1、區塊鏈的技術是什麼? 如果我們把資料庫假設成一本賬本，讀寫資料庫就可以看做一種記賬的行為，區塊鏈技術的原理就是在一段時間內找出記賬最快最好的人，由這個人來記賬，然後將賬本的這一頁信息發給整個系統里的其他所有人。這也就相當於改變資料庫所有的記錄，發給全網的其他每個節點，所以區塊鏈技術也稱為分布式賬本（distributed ledger）。 區塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案。該技術方案主要讓參與系統中的任意多個節點，通過一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊（block），每個數據塊中包含了一定時間內的系統全部信息交流數據，並且生成數據指紋用於驗證其信息的有效性和鏈接（chain）下一個資料庫塊。 區塊鏈是一種類似於NoSQL（非關系型資料庫）這樣的技術解決方案統稱，並不是某種特定技術，能夠通過很多編程語言和架構來實現區塊鏈技術。並且實現區塊鏈的方式種類也有很多，目前常見的包括POW（Proof of Work，工作量證明），POS（Proof of Stake，權益證明），DPOS（Delegate Proof of Stake，股份授權證明機制）等。 區塊鏈的概念首次在論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System）》中提出，作者為自稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的個人（或團體）。因此可以把比特幣看成區塊鏈的首個在金融支付領域中的應用。 2、區塊鏈的原理是什麼? 結合定義區塊鏈的定義，需要有這四個特徵我們才能認為：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectively maintain）、可靠資料庫（Reliable Database）。並且由四個特徵會引申出另外2個特徵： 開源（Open Source）、匿名性（Anonymity）。如果一個系統不具備這些特徵，將不能視其為基於區塊鏈技術的應用。 去中心化（Decentralized）：整個網路沒有中心化的硬體或者管理機構，任意節點之間的權利和義務都是均等的，且任一節點的損壞或者失去都會不影響整個系統的運作。因此也可以認為區塊鏈系統具有極好的健壯性。 去信任（Trustless）：參與整個系統中的每個節點之間進行數據交換是無需互相信任的，整個系統的運作規則是公開透明的，所有的數據內容也是公開的，因此在系統指定的規則范圍和時間范圍內，節點之間是不能也無法欺騙其它節點。 集體維護（Collectively maintain）：系統中的數據塊由整個系統中所有具有維護功能的節點來共同維護的，而這些具有維護功能的節點是任何人都可以參與的。 可靠資料庫（Reliable Database）：整個系統將通過分資料庫的形式，讓每個參與節點都能獲得一份完整資料庫的拷貝。除非能夠同時控制整個系統中超過51%的節點，否則單個節點上對資料庫的修改是無效的，也無法影響其他節點上的數據內容。因此參與系統中的節點越多和計算能力越強，該系統中的數據安全性越高。 開源（Open Source）：由於整個系統的運作規則必須是公開透明的，所以對於程序而言，整個系統必定會是開源的。 匿名性（Anonymity）：由於節點和節點之間是無需互相信任的，因此節點和節點之間無需公開身份，在系統中的每個參與的節點都是匿名的。 3、區塊鏈金融是什麼? 2016年，革新者將被革新。新一輪技術革命將一邊應對共享經濟的陌生人之間信任的挑戰，一邊破壞此類平台賺錢的基礎。 傳統的中介 共享經濟雖然有效地挑戰了現狀，並且帶有強烈創新屬性，但是，它採用的依然是非常傳統的商業模式。 最常見的對交易收取傭金的方式已經沿用了數個世紀。今天，技術已經讓很多事成為可能，但是仍無法完全取代中介。 P2P 平台與其他在線市場剛興起時，人們紛紛談論去中介（disintermediation），這種繞過傳統中介，通過網路直接將人們連接起來的新方式。事實上，盡管我們已經體會到新型市場便捷得多，並看到與各種供應商進行交易的可能性，但是，我們今天仍然在很大程度上依賴中介。事實是如今最大的新型企業正是巨型中介，其規模超乎想像，像阿里巴巴、Amazon、eBay 和 Uber。 有沒有一種技術解決方案，能夠完全去除各交易方之間的中介？是否存在一個系統，在其中你能夠與任何人直接交易，並免於受到欺騙，同時無人擁有該系統，因此沒有傭金收取方。 區塊鏈技術使之成為可能。區塊鏈是比特幣的核心技術，極具創新性，可以用於建成完全透明、無主、分散的系統，能在沒有任何形式中介的情況下，保證各種交易方安全進行交易，這些交易方包括人、企業。 自然而然地，很多資源流向了區塊鏈，區塊鏈也給金融與法律行業帶來了相當的影響，並最終將在這兩個行業肆虐橫行，或者提供最佳機會，這全在於你怎麼看待它。 去中心化金融 2015年，可能是出於對另類金融（alternative finance）市場增長的高度敏感，九家投資銀行針對區塊鏈技術金融服務聯合開發了開放標准。去年，不斷有各種活動討論區塊鏈技術的未來，還推出了Slock.it，這是去中心化共享經濟的第一批技術堆棧之一。 區塊鏈下的共享經濟是什麼樣的？ 如果你想在共享經濟中繼續賺取傭金，那就要創造新的商業模式。 當然，區塊鏈市場仍將需要一些投資。開發者可能樂於花費時間，解決困擾系統的代碼。但是，我至今還沒遇到早該出現的有類似想法或樂於投資的品牌顧問、設計師或商人。單單依靠代碼無法幫助區塊鏈市場進入主流。 但是區塊鏈將會蓬勃發展，加之擺脫了煩人的中介，幾乎可以預測它肯定會比現有的共享經濟更加便宜，到那時，巨頭們就會被迫著手應對。 老牌共享經濟將重復歷史，因堅信本身堅不可摧而走向沒落，被更靈活、有科技助力的競爭對手迅速取代？還是將進行實驗，在共享經濟 2.0 中找到有利可圖的市場，並在游戲中勝出？ 那麼信用呢？ 信用，是共享經濟相關所有討論中的最高頻詞，相當復雜棘手。目前的協作平台們表達地非常清晰：我們能提高共享經濟中的信任水平；我們能採取最優措施，保證用戶信任我們的平台並在上面交易，但是，我們無法保證人與人的交易值得信任。區塊鏈解則解決了上述問題。 區塊鏈中交易系統不可改變，並且可以在已分配分類賬內跟蹤每筆交易，智能合同為所有雙方交易充分設定參數與條件，因此區塊鏈不再需要任何的 「可信中介」 或者陌生人之間信用的擔保方。 到 2017年，監管機構將意識到他們需要徹底反思共享經濟領域的規章制度。那時，各交易方將在區塊鏈中達成數億的獨立合同，一種解決方案是向系統中敲進規則代碼。 2008年 左右共享經濟首次出現時，很多人歡呼不已，認為是將帶領我們進入一種新的包容、可持續經濟的現象，是未來帶我們進入後資本範式的一種民主化力量。但是，（到目前為止）事實並非如此。互聯網剛出現時也是這樣，在最初階段曾被烏托邦式理想化，所以，對區塊鏈持有同樣變革性期待的人很可能會失望。即便如此，區塊鏈將動搖共享經濟巨頭，這絲毫不會受到影響。 4、區塊鏈社區 布比區塊鏈專注於區塊鏈技術和產品的創新，已擁有多項核心技術，開發了自有的區塊鏈服務平台。以去中心化信任為核心，致力於打造開放式價值流通網路，讓數字資產都自由流動起來。 特色與優勢 已取得多項核心技術創新，開發了自有的區塊鏈基礎服務平台，已在股權、供應鏈、積分、信用等領域開展應用。 快速交易驗證 通過對簽名演算法、共識機制、賬本存儲等關鍵交易環節的優化，布比區塊鏈可以實現秒級的快速交易驗證。 高效賬本存取 布比區塊鏈對賬本存儲結構的調整，可以節省90%的儲存空間，降低系統長時間運行，導致賬本存取性能下降的風險。 多種資產發行 布比區塊鏈支持不同用戶、多種資產的發行與交易，每種資產可跟蹤記錄發行商、發行數量、交易流通等詳情。 聯合簽名控制 允許同一賬戶下設置多個使用用戶，並針對不同的操作設置相應的許可權，以滿足多方簽名控制的使用場景。 內置智能合約 智能合約是一套以數字形式定義的承諾，區塊鏈變身合約的參與方，負責維護保存合約，並自動執行。 鏈上交易所 與傳統中心化交易所相比，用區塊鏈構建的交易平台，所有交易都在鏈上驗證、完成和保存，保障用戶交易安全性。 布比區塊鏈要做的是一項新的技術和產品——實現真正的價值流通，使得互聯網到達一個新的高度。如果有了這個技術的應用，在轉移資產的時候就可以沒有中心機構了，可以實現我們之間資產的直接轉移。將來如果網路本身可以結賬，我們就可以直接轉移了，就不需要通過中間機構。

『伍』 區塊鏈的共識機制是什麼

如何讓去中心化網路達成共識？
在區塊鏈系統當中，沒有一個像銀行一樣的中心化記賬機構，保證每一筆交易在所有記賬節點上的一致性，即讓全網達成共識至關重要。共識機制解決的就是這個問題。
目前主要的共識機制有工作量證明機制PoW和權益證明機制PoS。
PoW通過評估你的工作量來決定你獲得記賬權的機率，工作量越大，就越有可能獲得此次記賬機會。
PoS通過評估你持有代幣的數量和時長來決定你獲得記賬權的機率。這就類似於股票的分紅制度，持有股權相對多的人能夠獲得更多的分紅。
DPOS與POS原理相似，只是選了一些「人大代表」。 與PoS的主要區別在於節點選舉若干代理人，由代理人驗證和記賬。
隨著技術的發展，未來可能還會誕生更先進的共識機制。

『陸』 區塊鏈共識機制之POS和DPOS

工作量證明演算法作為區塊鏈第一個也是目前經受住足夠實踐檢驗的一個共識機制，解決的是分布式系統交易信息一致性的問題，在一個去中心化的網路中構建了彼此不信任節點的信任機制，也是比特幣成功應用的關鍵技術環節。

經過幾年的實際運轉，這一演算法的弊端也顯露出來，比特幣網路每秒完成600萬億次SHA256運算，消耗了大量的電力資源，而最終這些計算沒有任何實際或科學價值。這些運算存在的唯一目的是用來解決工作量證明問題，另外一個現實的威脅便是算力集中，工作量證明本質上是利用窮舉法找出符合規定條件的哈希值的過程，算力越強，獲得記賬權(即挖到礦)的可能性便越高，一開始是最早利用顯卡挖礦的人，後來是利用FPGA礦機的人，再後來是利用ASIC專用晶元挖礦的人，現在就是不斷製造出更好的ASIC的人，另外還有「礦工」節點聯合起來組成礦池，如Ghash，Ghash 2014年曾經發表聲明，將在今後確保不超過40%的全網算力，這類自律聲明是對比特幣去信任機制的莫大諷刺。

比特幣自誕生以來，人們便開始嘗試其他除了工作量證明演算法之外的其他共識機制，如具有代表性的權益證明POS、委託權益證明DPOS、拜占庭容錯機制（BFT）及實用拜占庭容錯機制（PBFT）等，下面將主要介紹POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

權益證明POS

POS是一類共識演算法，或者說是一類共識演算法的設計思想，而不是一個，最早採用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一個化名Sunny King的極客推出的一類加密貨幣，採用工作量證明機制+權益證明機制，首次將權益證明機制引入了加密貨幣。Peercoin引入了「幣齡」的概念，每個幣每天產生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那麼，此時你的幣齡就為3000。當一個新的區塊產生時，其他想獲得記賬權的節點同比特幣也需要計算哈希值，得出滿足條件哈希值的難易與難度值有關，這個難度值這里與幣齡成反比，即你的幣齡越大，得出符合條件的哈希值的概率就越大，同時你的幣齡被清空，記賬後系統會給予你相應「利息」，你每被清空365幣齡，獲得利息為：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率為1%，即0.08個幣。

可以看出，在POS機制下，持有幣越多，越容易獲得記賬權，接近於贏家通吃的感覺，但持有的幣越多，越接近於一個誠實的節點，因為破壞整個網路帶來的損失也越大。Peercoin的POS機制有一個漏洞，對於不持有幣的人而言，他們本來就沒什麼收益，所以一些惡意攻擊對於他們則是無損失的，這就是Nothing-at-stake attack（無利益攻擊）。後續的比較成功的POS都引入了對付這種攻擊的機制。

以太坊系統的目標是在今年引入權益證明，即Casper。在權益證明共識機制之下，用戶將能夠在以太坊網路擁有「幣權」。用戶如果誠實行事並確認了合法交易，將獲得與其股權成比的利息；如果惡意行事並試圖網路中作弊，就會失去其權益。

委託權益證明DPOS

委託權益證明DPOS是POS的變種，運用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在於全網投票選出101個節點代行記賬許可權，這些代表節點的許可權完全一致。代表節點輪流記賬，可以選擇創造區塊或不創造區塊。但他們無法改變交易的詳情，惡意或者遲到的代表節點的行為也會被公之於眾，那麼網路可能將他們簡單快速地投票驅逐出去。被驅逐出去的代表節點將會失去他們記賬許可權，以及對應的收入。

DPOS作為是一種弱中心化的共識機制，保留了一些中心化系統的關鍵優勢，如交易速度等(每個塊的時間為10秒，一筆交易在得到6-10個確認後大概1分鍾，一個完整的101個塊的周期大概僅僅需要16分鍾)，但每個持幣者都有能力決定哪些節點可以被信任，並且事實上，代表節點會主動降低自己的收入來贏得更多投票，剩下的收入會作為股息，支付給所有的比特股持有人。DPOS有點類似於代議制民主及股份公司董事會制度，都是一種精英制度，但其身份受制於下面的民眾，在DPOS中，幣的持有者至少有權決定代表節點—或者說礦工的身份。

『柒』 深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識演算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。

區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出於對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網路中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法，在節點之間建立「信任」網路，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。

目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對於工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制並不適合商業應用。

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴，而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。

Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區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演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。

工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性：工作對於請求方是適中中的，對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子，給個一個基本的字元創「hello，world！」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更後（添加nonce）的字元創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以「0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由於哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。

統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：

對於比特幣網路中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。

難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鍾產生一個取款，則期望時長為20160分鍾）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鍾快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：

新難度值=舊難度值*（20160分鍾/過去2016個區塊花費時長）。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：

目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恆定值

目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）並將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：

該過程可以用下圖表示：

比特幣的工作量證明，就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。

『捌』 區塊鏈的共識機制

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。北京木奇移動技術有限公司，專業的區塊鏈外包開發公司，歡迎洽談合作。下面我們將一下區塊鏈的幾種共識機制，希望對大家了解區塊鏈基礎技術有幫助。

因為區塊鏈技術的發展， 大家對共識機制這個詞也不再陌生，隨著技術發展，各種創新的共識機制也在發展。

POW工作量證明

比特幣就是使用PoW工作量證明機制，到後來的以太坊都是PoW的共識機制。Pow相當於算出很難的數學難題，就是計算出新區塊的hash值，而且計算的難度會每一段時間就會調整。PoW雖然是大家比較認可的共識機制,計算會消耗大量的能源,還有可能會污染環境。

POS權益證明

通過持有Token的數量和時長來決定獲得記賬權的機率。相比POW，POS避免了挖礦造成大量的資源浪費，縮短了各個節點之間達成共識的時間，網路環境好的話可實現毫秒級，對節點性能要求低。

但POS的缺點同樣明顯，持有Token多的節點更有機會獲得記賬權，這將導致「馬太效應」，富者越富，破壞了區塊鏈的去中心化。

DPOS權益證明

DPOS委託權益證明與POS原理相同，其主要區別在於，DPOS的Token持有者可以投票選舉代理人作為超級節點，負責在網路上生產區塊並維護共識規則。如果這些節點未能履行職責，將投票選出新的節點。同樣的弊端也是傾向於中心化。

POA權威證明

POA節點之間無需進行通信即可達成共識，因此效率極高。並且它也能很好地對抗算力攻擊，安全性較高。但是POA需要一個集中的權威節點來驗證身份，這就意味著它會損害區塊鏈的去中心化，這也是在去中心化和提高效率之間的妥協。

『玖』 區塊鏈技術中的共識機制是什麼

1.共識機制是什麼
在一個去中心化的結構體系中，由於各個參與方的地位是平等的，當出現分歧的時候，如何達成共識就成了問題。
所以，一個設計精妙、實際操作起來簡單的共識機制是一個分布式的體系能夠順利自運轉下去的關鍵所在。
簡而言之，共識機制就是在一個時間段內對事物的前後順序達成共識的一種演算法，是區塊鏈節點就區塊信息達成全網一致共識的機制。