區塊鏈共識機制python

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decidestate時，其值就不再變化。所有非失敗進程都進入decidedstate時，協議成功結束。這里放寬到有一部分進程進入decidedstate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EricBrewer在2000年PODC會議上提出，是EricBrewer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(strongconsistency)(又叫原子性atomic、線性一致性linearizableconsistency)[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(impossibilityresult)。

區塊鏈的共識機制可以分為以下四類:權益證明機制、工作量證明機制、Pool驗證和池股份授權證明機制。

區塊鏈，就是一個又一個區塊組成的鏈條。每一個區塊中保存了一定的信息，它們按照各自產生的時間順序連接成鏈條。這個鏈條被保存在所有的伺服器中，只要整個系統中有一台伺服器可以工作，整條區塊鏈就是安全的。這些伺服器在區塊鏈系統中被稱為節點，它們為整個區塊鏈系統提供存儲空間和算力支持。

區塊鏈是建立在P2P網路，由節點參與的分布式賬本系統，最大的特點是「去中心化」。也就是說在區塊鏈系統中，用戶與用戶之間、用戶與機構之間、機構與機構之間，無需建立彼此之間的信任，只需依靠區塊鏈協議系統就能實現交易。

可是，要如何保證賬本的准確性，權威性，以及可靠性？區塊鏈網路上的節點為什麼要參與記賬？節點如果造假怎麼辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節點間的數據一致性？……這些都是區塊鏈在建立「去中心化」交易時需要解決的問題，由此產生了共識機制。

所謂「共識機制」，就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；當出現意見不一致時，在沒有中心控制的情況下，若干個節點參與決策達成共識，即在互相沒有信任基礎的個體之間如何建立信任關系。

區塊鏈技術正是運用一套基於共識的數學演算法，在機器之間建立「信任」網路，從而通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造。

不同的區塊鏈種類需要不同的共識演算法來確保區塊鏈上最後的區塊能夠在任何時候都反應出全網的狀態。

目前為止，區塊鏈共識機制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權證明、DPOS授權股權證明、Paxos、PBFT（實用拜占庭容錯演算法）、dBFT、DAG（有向無環圖）

接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應用場景

概念：

工作量證明機制（Proofofwork），最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作，通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量。

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，並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。

應用：

POW最著名的應用當屬比特幣。在比特幣網路中，在Block的生成過程中，礦工需要解決復雜的密碼數學難題，尋找到一個符合要求的BlockHash由N個前導零構成，零的個數取決於網路的難度值。這期間需要經過大量嘗試計算（工作量），計算時間取決於機器的哈希運算速度。

而尋找合理hash是一個概率事件，當節點擁有佔全網n%的算力時，該節點即有n/100的概率找到BlockHash。在節點成功找到滿足的Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網路的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證。

如果驗證通過，則表明已經有節點成功解迷，自己就不再競爭當前區塊，而是選擇接受這個區塊，記錄到自己的賬本中，然後進行下一個區塊的競爭猜謎。網路中只有最快解謎的區塊，才會添加的賬本中，其他的節點進行復制，以此保證了整個賬本的唯一性。

假如節點有任何的作弊行為，都會導致網路的節點驗證不通過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自願的遵守比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。

優缺點

優點：結果能被快速驗證，系統承擔的節點量大，作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。

缺點：需要消耗大量的演算法，達成共識的周期較長

概念：

權益證明機制（ProofofStake），要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權。

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。

應用：

2012年，化名SunnyKing的網友推出了Peercoin（點點幣），是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。PPC最大創新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，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。

為了實現POS，SunnyKing借鑒於中本聰的Coinbase，專門設計了一種特殊類型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時間段，假如你擁有10個幣，並且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣，幣齡被消耗（銷毀）了。

優缺點：

優點：縮短達成共識所需的時間，比工作量證明更加節約能源。

缺點：本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算，轉賬真實性較難保證

概念：

授權股權證明機制（DelegatedProofofStake），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。

授權股權證明在嘗試解決傳統的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。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。

應用：

比特股（Bitshare）是一類採用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念，見證人可以生成區塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。

見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然後隨機排列，每個見證人按序有2秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達成共識，他們投票選出的N個見證人，可以視為N個礦池，而這N個礦池彼此的權利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人（礦池），只要他們提供的算力不穩定，計算機宕機，或者試圖利用手中的權力作惡。

優缺點：

優點：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

缺點：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時節點代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時整個共識機制還是依賴於代幣的增發來維持代理節點的穩定性。

2. 區塊鏈網路共識是什麼,區塊鏈網路共識是什麼意思

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。

在比特幣和其它區塊鏈幣中，也存在如何達成共識的問題。或者說，比特幣或其它區塊鏈幣最核心的問題也是如何在去中心化的環境中達成共識。

區塊鏈是比特幣背後的核心技術，也是支撐比特幣的基礎架構。因此在談區塊鏈共識，就必然要談比特幣的共識。

比特幣最核心的突破是在去中心化的情況下對交易事件達成了共識，即在沒有中心組織的情況下對某個交易的有效性達成了一致。

比特幣實現這個共識的方法主要包括兩個部分：

激勵；即通過每個區塊產生一定量的新比特幣來激勵參與者；

引入外部資源確保安全；即通過大量的外部計算來確保共識的安全性，也就是工作量證明（ProofofPower）；

這也是幾乎所有PoW幣種所採用的的方法。例如，DECENT、萊特幣、沙錢幣、狗狗幣等等。

區塊鏈的最大共識是賺錢。

人是貪婪的，對於財富的覬覦，幾乎是每個人的基因，掌握的財富越多，就會胃口越大。在貪欲的唆使下，幾乎每個物件都可能會成為斂財的工具，這是人類的宿命，而當下如火如荼的區塊鏈，正在成為貪欲的新代言人。

人們的生活畢竟太單調了，除了賺錢和花錢，幾乎找不到一個安心的信仰，來承載幾十年人生的意義。區塊鏈會成為人類真正信仰的導航嗎？不會，至少從當下的芸芸眾生里，無法感受到，據包括諸多的精英份子。

賺錢成為了區塊鏈的最大共識，這符合區塊鏈的三個屬性：多方協作、價值不對稱和容易數據化。因為，很少人是賺增量的錢，大都是通過多方協作，在一個生態里把存量的錢進行再度流轉，在當下技術未能帶來利潤的情況下，區塊鏈的每個暴富點，無一不是圍繞存量財富的二度收割，尤其是區塊鏈價值認知的不對稱，成了財富收割的利器，更巧妙的是，每個行為、權益、物品等統統變成了顆粒極小的財富度量，以數據的形式呈現在財富簿上。

天下熙熙，皆為利來；天下攘攘，皆為利往。現實一再告訴我們，商業逆襲是一場財富爭奪戰，都在試圖用泡沫和啤酒輪番洗劫用戶的口袋，只是洗劫的姿勢，有的稍顯銷魂，有的太過赤裸。

比照區塊鏈世界模型，目前整個區塊鏈圈層尚處於兩個極端狀態：不明技術真相的，拿著共識鼓吹革命，以謀認知紅利；深諳技術真相的，力爭上游，期待在四萬個項目中拔得頭籌，成為區塊鏈時代的BAT，這個刺激的成就感，正吸引著無數的人加入一戰成名的行列。但尤為可惜的是，遍覽各項目，尤其是在經濟制度上的拙劣表現，就基本可以判斷，真正能稱霸區塊鏈這個圈子的人，尚未出現。

財富的暴漲，固然令人欣喜，但誰人又能像一代帝王那樣運籌帷幄、兼濟天下呢？這需要有經歷淬煉後的肚量和智慧，才能僥幸采擷。當自己張口閉口共識的時候，可曾忖度過自己在日常生活里，是否就有了讓人稱羨的人格？

區塊鏈圍城內的人，兩成人賺了八成人的錢，這里並非歡騰一片，而是充滿了狡黠，只是被吞噬者篤定會有進場者買單，才願意相信傷疤會變成取勝的軍功章。而圍城外的人，也不再慌張，因為這堵城牆其實是一道孱弱的馬奇諾防線，對於精明的高手而言，他可以利用現實世界的便利，繞牆進入圍城的頂層，而弱者則因為認知和籌碼的不足，繼續淪落為食物鏈的末端。

區塊鏈的數據存儲是分布式的，但財富的分布，則永遠是集中式的，這條規律從未改變。財富的共產主義沒錯，但財富的共享主義則是天方夜譚，而「共產+私享」則是無數人的內心映射。另外，財富作為一個聖物，是正義和邪惡的合體，是一把絕大多數人無法玩轉的倚天劍，所以，有的人用金錢毀滅世界，有的人用金錢拯救世界。會賺錢的人太多，而會分錢的人則太少了。

在我的認知里，分錢藝術比區塊鏈技術難多了。技術是一個階段性難題，而分錢則是伴隨了人類歷史的長期話題，這也是經濟學存在的意義。

區塊鏈不是一個能人志士就能搞定的，一如三國時期的群雄並起，人才的流動要比領土的更迭頻繁太多，發幣撒幣的動作，固然催生了賺錢的共識，但在商業疆土上的拓展，必須有一群大德大才之士挺身而出，擔負起技術落地前的信任肉身。這些人必須雄才大略、腹藏良謀、兼濟蒼生、膽識過人，與其說這是一場新技術革命，不如說這是一場秀盡智商和情商的人才拉力賽。真正能擔當時代大任的，鳳毛麟角，哪怕是摧城拔寨、笑傲一方江湖的將軍，都少得可憐。大家更多是在巧立技術名目，藉此斂財。

社區正在成為區塊鏈共識的載體，但當下區塊鏈社區看似浩浩盪盪、威風八面，但真正通曉古今、懂得經濟本質和規律者，寥寥無幾，這樣的社區構成尚且經不起政策和價格的一絲風吹草動，哪怕一點異見，都會讓社區分崩離析。用金錢澆築的房舍，是最脆弱的建築，因為金錢的最本質屬性是流動性，自古「財聚人散」，區塊鏈世界裡的金錢集中流向，必然會讓看似的熱鬧最終變得不歡而散，哪怕是穿著花樣共識的護心服，也難掩一顆銹跡斑斑的賺錢之心。

當下的區塊鏈項目，99%不會死於技術難以落地，而會卒於共識歪曲、人心向背。

區塊鏈共識的進階，會有一個過程，在當下這個洪荒期，基於認知和圈層的賺錢，尚屬於共識1.0階段，幸運的是它的體量尚不足以影響整體世界經濟結構的大局，監管和政策介入的成本偏低，區塊鏈這個大社區里，需要更多方角色的介入，尤其是具有服務職能的政府，更加不能缺位，而社區內的人也不應該表現的像驚弓之鳥，獨立於世外。

一個個熱鬧的區塊鏈社區，還算不上一片片森林，頂多是幾棵樹上的鳥窩，為了搶食而嘰嘰喳喳，哪怕來個三級風，大家也會作鳥獸散。真要夢想著打造一片森林，那就勇敢的下樹，開鑿溝渠，引水入流。

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。