区块链共识机制python

区块链的共识机制

1.网络上的交易信息如何确认并达成共识？?

虽然经常提到共识机制，但是对于共识机制的含义和理解却并清楚。因此需要就共识机制的相关概念原理和实现方法有所理解。?

区块链的交易信息是通过网络广播传输到网络中各个节点的，在整个网络节点中如何对广播的信息进行确认并达成共识最终写入区块呢？?如果没有相应的可靠安全的实现机制，那么就难以实现其基本的功能，因此共识机制是整个网络运行下去的一个关键。

共识机制解决了区块链如何在分布式场景下达成一致性的问题。区块链能在众多节点达到一种较为平衡的状态也是因为共识机制。那么共识机制是如何在在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题呢？?

当分布式的思想被提出来时，人们就开始根据FLP定理和CAP定理设计共识算法。规范的说，理想的分布式系统的一致性应该满足以下三点：

1.可终止性（Termination）：一致性的结果可在有限时间内完成。

2.共识性(Consensus)：不同节点最终完成决策的结果应该相同。

3.合法性(Validity)：决策的结果必须是其他进程提出的提案。

但是在实际的计算机集群中，可能会存在以下问题:

1.节点处理事务的能力不同，网络节点数据的吞吐量有差异

2.节点间通讯的信道可能不安全

3.可能会有作恶节点出现

4.当异步处理能力达到高度一致时，系统的可扩展性就会变差（容不下新节点的加入）。

科学家认为，在分布式场景下达成完全一致性是不可能的。但是工程学家可以牺牲一部分代价来换取分布式场景的一致性，上述的两大定理也是这种思想，所以基于区块链设计的各种公式机制都可以看作牺牲那一部分代价来换取多适合的一致性，我的想法是可以在这种思想上进行一个灵活的变换，即在适当的时间空间牺牲一部分代价换取适应于当时场景的一致性，可以实现灵活的区块链系统，即可插拔式的区块链系统。今天就介绍一下我对各种共识机制的看法和分析，分布式系统中有无作恶节点分为拜占庭容错和非拜占庭容错机制。

FLP定理即FLP不可能性，它证明了在分布式情景下，无论任何算法，即使是只有一个进程挂掉，对于其他非失败进程，都存在着无法达成一致的可能。

FLP基于如下几点假设：

仅可修改一次：?每个进程初始时都记录一个值（0或1）。进程可以接收消息、改动该值、并发送消息，当进程进入decidestate时，其值就不再变化。所有非失败进程都进入decidedstate时，协议成功结束。这里放宽到有一部分进程进入decidedstate就算协议成功。

异步通信：?与同步通信的最大区别是没有时钟、不能时间同步、不能使用超时、不能探测失败、消息可任意延迟、消息可乱序。

通信健壮：只要进程非失败，消息虽会被无限延迟，但最终会被送达；并且消息仅会被送达一次（无重复）。

Fail-Stop模型：进程失败如同宕机，不再处理任何消息。

失败进程数量：最多一个进程失败。

CAP是分布式系统、特别是分布式存储领域中被讨论最多的理论。CAP由EricBrewer在2000年PODC会议上提出，是EricBrewer在Inktomi期间研发搜索引擎、分布式web缓存时得出的关于数据一致性(consistency)、服务可用性(availability)、分区容错性(partition-tolerance)的猜想：

数据一致性(consistency)：如果系统对一个写操作返回成功，那么之后的读请求都必须读到这个新数据；如果返回失败，那么所有读操作都不能读到这个数据，对调用者而言数据具有强一致性(strongconsistency)(又叫原子性atomic、线性一致性linearizableconsistency)[5]

服务可用性(availability)：所有读写请求在一定时间内得到响应，可终止、不会一直等待

分区容错性(partition-tolerance)：在网络分区的情况下，被分隔的节点仍能正常对外服务

在某时刻如果满足AP，分隔的节点同时对外服务但不能相互通信，将导致状态不一致，即不能满足C；如果满足CP，网络分区的情况下为达成C，请求只能一直等待，即不满足A；如果要满足CA，在一定时间内要达到节点状态一致，要求不能出现网络分区，则不能满足P。

C、A、P三者最多只能满足其中两个，和FLP定理一样，CAP定理也指示了一个不可达的结果(impossibilityresult)。

区块链的共识机制可以分为以下四类:权益证明机制、工作量证明机制、Pool验证和池股份授权证明机制。

区块链，就是一个又一个区块组成的链条。每一个区块中保存了一定的信息，它们按照各自产生的时间顺序连接成链条。这个链条被保存在所有的服务器中，只要整个系统中有一台服务器可以工作，整条区块链就是安全的。这些服务器在区块链系统中被称为节点，它们为整个区块链系统提供存储空间和算力支持。

区块链是建立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需建立彼此之间的信任，只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是，要如何保证账本的准确性，权威性，以及可靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎么办？如何防止账本被篡改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；当出现意见不一致时，在没有中心控制的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（实用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proofofwork），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出，并通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。

应用：

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻找到一个符合要求的BlockHash由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件，当节点拥有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到BlockHash。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点：结果能被快速验证，系统承担的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点：需要消耗大量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（ProofofStake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。

应用：

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全。

为了实现POS，SunnyKing借鉴于中本聪的Coinbase，专门设计了一种特殊类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你拥有10个币，并且持有10天，那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被消耗（销毁）了。

优缺点：

优点：缩短达成共识所需的时间，比工作量证明更加节约能源。

缺点：本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（DelegatedProofofStake），与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。

同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个（N通常定义为101）候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数（N）需满足：至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次。见证人然后随机排列，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

优缺点：

优点：缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证

缺点：中心程度较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公平性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

2. 区块链网络共识是什么,区块链网络共识是什么意思

1.共识机制是什么

在一个去中心化的结构体系中，由于各个参与方的地位是平等的，当出现分歧的时候，如何达成共识就成了问题。

所以，一个设计精妙、实际操作起来简单的共识机制是一个分布式的体系能够顺利自运转下去的关键所在。

简而言之，共识机制就是在一个时间段内对事物的前后顺序达成共识的一种算法，是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制。

在比特币和其它区块链币中，也存在如何达成共识的问题。或者说，比特币或其它区块链币最核心的问题也是如何在去中心化的环境中达成共识。

区块链是比特币背后的核心技术，也是支撑比特币的基础架构。因此在谈区块链共识，就必然要谈比特币的共识。

比特币最核心的突破是在去中心化的情况下对交易事件达成了共识，即在没有中心组织的情况下对某个交易的有效性达成了一致。

比特币实现这个共识的方法主要包括两个部分：

激励；即通过每个区块产生一定量的新比特币来激励参与者；

引入外部资源确保安全；即通过大量的外部计算来确保共识的安全性，也就是工作量证明（ProofofPower）；

这也是几乎所有PoW币种所采用的的方法。例如，DECENT、莱特币、沙钱币、狗狗币等等。

区块链的最大共识是赚钱。

人是贪婪的，对于财富的觊觎，几乎是每个人的基因，掌握的财富越多，就会胃口越大。在贪欲的唆使下，几乎每个物件都可能会成为敛财的工具，这是人类的宿命，而当下如火如荼的区块链，正在成为贪欲的新代言人。

人们的生活毕竟太单调了，除了赚钱和花钱，几乎找不到一个安心的信仰，来承载几十年人生的意义。区块链会成为人类真正信仰的导航吗？不会，至少从当下的芸芸众生里，无法感受到，据包括诸多的精英份子。

赚钱成为了区块链的最大共识，这符合区块链的三个属性：多方协作、价值不对称和容易数据化。因为，很少人是赚增量的钱，大都是通过多方协作，在一个生态里把存量的钱进行再度流转，在当下技术未能带来利润的情况下，区块链的每个暴富点，无一不是围绕存量财富的二度收割，尤其是区块链价值认知的不对称，成了财富收割的利器，更巧妙的是，每个行为、权益、物品等统统变成了颗粒极小的财富度量，以数据的形式呈现在财富簿上。

天下熙熙，皆为利来；天下攘攘，皆为利往。现实一再告诉我们，商业逆袭是一场财富争夺战，都在试图用泡沫和啤酒轮番洗劫用户的口袋，只是洗劫的姿势，有的稍显销魂，有的太过赤裸。

比照区块链世界模型，目前整个区块链圈层尚处于两个极端状态：不明技术真相的，拿着共识鼓吹革命，以谋认知红利；深谙技术真相的，力争上游，期待在四万个项目中拔得头筹，成为区块链时代的BAT，这个刺激的成就感，正吸引着无数的人加入一战成名的行列。但尤为可惜的是，遍览各项目，尤其是在经济制度上的拙劣表现，就基本可以判断，真正能称霸区块链这个圈子的人，尚未出现。

财富的暴涨，固然令人欣喜，但谁人又能像一代帝王那样运筹帷幄、兼济天下呢？这需要有经历淬炼后的肚量和智慧，才能侥幸采撷。当自己张口闭口共识的时候，可曾忖度过自己在日常生活里，是否就有了让人称羡的人格？

区块链围城内的人，两成人赚了八成人的钱，这里并非欢腾一片，而是充满了狡黠，只是被吞噬者笃定会有进场者买单，才愿意相信伤疤会变成取胜的军功章。而围城外的人，也不再慌张，因为这堵城墙其实是一道孱弱的马奇诺防线，对于精明的高手而言，他可以利用现实世界的便利，绕墙进入围城的顶层，而弱者则因为认知和筹码的不足，继续沦落为食物链的末端。

区块链的数据存储是分布式的，但财富的分布，则永远是集中式的，这条规律从未改变。财富的共产主义没错，但财富的共享主义则是天方夜谭，而“共产+私享”则是无数人的内心映射。另外，财富作为一个圣物，是正义和邪恶的合体，是一把绝大多数人无法玩转的倚天剑，所以，有的人用金钱毁灭世界，有的人用金钱拯救世界。会赚钱的人太多，而会分钱的人则太少了。

在我的认知里，分钱艺术比区块链技术难多了。技术是一个阶段性难题，而分钱则是伴随了人类历史的长期话题，这也是经济学存在的意义。

区块链不是一个能人志士就能搞定的，一如三国时期的群雄并起，人才的流动要比领土的更迭频繁太多，发币撒币的动作，固然催生了赚钱的共识，但在商业疆土上的拓展，必须有一群大德大才之士挺身而出，担负起技术落地前的信任肉身。这些人必须雄才大略、腹藏良谋、兼济苍生、胆识过人，与其说这是一场新技术革命，不如说这是一场秀尽智商和情商的人才拉力赛。真正能担当时代大任的，凤毛麟角，哪怕是摧城拔寨、笑傲一方江湖的将军，都少得可怜。大家更多是在巧立技术名目，借此敛财。

社区正在成为区块链共识的载体，但当下区块链社区看似浩浩荡荡、威风八面，但真正通晓古今、懂得经济本质和规律者，寥寥无几，这样的社区构成尚且经不起政策和价格的一丝风吹草动，哪怕一点异见，都会让社区分崩离析。用金钱浇筑的房舍，是最脆弱的建筑，因为金钱的最本质属性是流动性，自古“财聚人散”，区块链世界里的金钱集中流向，必然会让看似的热闹最终变得不欢而散，哪怕是穿着花样共识的护心服，也难掩一颗锈迹斑斑的赚钱之心。

当下的区块链项目，99%不会死于技术难以落地，而会卒于共识歪曲、人心向背。

区块链共识的进阶，会有一个过程，在当下这个洪荒期，基于认知和圈层的赚钱，尚属于共识1.0阶段，幸运的是它的体量尚不足以影响整体世界经济结构的大局，监管和政策介入的成本偏低，区块链这个大社区里，需要更多方角色的介入，尤其是具有服务职能的政府，更加不能缺位，而社区内的人也不应该表现的像惊弓之鸟，独立于世外。

一个个热闹的区块链社区，还算不上一片片森林，顶多是几棵树上的鸟窝，为了抢食而叽叽喳喳，哪怕来个三级风，大家也会作鸟兽散。真要梦想着打造一片森林，那就勇敢的下树，开凿沟渠，引水入流。

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。北京木奇移动技术有限公司，专业的区块链外包开发公司，欢迎洽谈合作。下面我们将一下区块链的几种共识机制，希望对大家了解区块链基础技术有帮助。

因为区块链技术的发展，大家对共识机制这个词也不再陌生，随着技术发展，各种创新的共识机制也在发展。

POW工作量证明

比特币就是使用PoW工作量证明机制，到后来的以太坊都是PoW的共识机制。Pow相当于算出很难的数学难题，就是计算出新区块的hash值，而且计算的难度会每一段时间就会调整。PoW虽然是大家比较认可的共识机制,计算会消耗大量的能源,还有可能会污染环境。

POS权益证明

通过持有Token的数量和时长来决定获得记账权的机率。相比POW，POS避免了挖矿造成大量的资源浪费，缩短了各个节点之间达成共识的时间，网络环境好的话可实现毫秒级，对节点性能要求低。

但POS的缺点同样明显，持有Token多的节点更有机会获得记账权，这将导致“马太效应”，富者越富，破坏了区块链的去中心化。

DPOS权益证明

DPOS委托权益证明与POS原理相同，其主要区别在于，DPOS的Token持有者可以投票选举代理人作为超级节点，负责在网络上生产区块并维护共识规则。如果这些节点未能履行职责，将投票选出新的节点。同样的弊端也是倾向于中心化。

POA权威证明

POA节点之间无需进行通信即可达成共识，因此效率极高。并且它也能很好地对抗算力攻击，安全性较高。但是POA需要一个集中的权威节点来验证身份，这就意味着它会损害区块链的去中心化，这也是在去中心化和提高效率之间的妥协。