拜占庭问题区块链共识机制
⑴ 理论上区块链怎么解决拜占庭将军问题
拜占庭将军问题(以下简称“共识问题”)的正式表述是:如何在一个不基于信任的分布式网络中就信息达成共识?这个表述听起来有些晦涩,但其本质并不复杂,下面的例子与共识问题虽然并不完全一致,但却有助于我们的理解[9]。
想象一下在遥远的拜占庭时代,有一个富饶的城邦,金银珠宝绫罗绸缎应有尽有,它的领主哆啦A梦独享着这一切奢华与荣耀。而在城邦的外围,四位拜占庭将军大雄、胖虎、小夫和静香都觊觎着哆啦A梦的财富,于是他们决定联手攻占哆啦A梦的城邦。根据双方的实力对比,必须有超过半数的将军同时发起进攻方能克敌制胜,因此获胜条件就是四人中至少三个人可以就进攻时间达成一致。那么四位将军的胜算有多少呢?
这个问题的答案就要取决于四个人的合作方式了,如果是集中式系统,有一个盟主,比如胖虎(相当于中央服务器),那么他们的胜利是毫无悬念的,因为就进攻时间达成一致非常简单,只要胖虎召集大雄、小夫和静香开个会讨论一下就可以了,即使大家意见有分歧胖虎也可以在最后予以定夺。下面让我们回到拜占庭将军问题的假设里,在不基于信任的分布式网络中,四位将军的胜算又如何呢?
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首先由于四位将军之间缺乏信任,因此聚到小黑屋里开个密谋会的可能性被排除了(一旦在小黑屋里被胖虎绑架了怎么办?);其次由于没有盟主,四个人的意见都会被同等的看重。在这种情况下,四位将军只能通过信使在各自营地之间传递消息,来商定进攻时间了。比如大雄觉得早上6点是发动进攻的好时机,他就会派信使将自己的意见告诉胖虎、小夫和静香,与此同时,胖虎可能认为晚上9点发动突袭更好,小夫更喜欢下午3点出击,而静香希望是上午10点,他们三人也会在同一时间派出自己的信使。这样一来,在第一轮通信结束后,四位将军每个人都有了四个可供选择的进攻时间,他们各自要在下一轮通信中把自己选定的时间告知另外三人。由于四个人的决策都是独立做出的,因此最终的选择结果就有256种可能,而只有当三人以上都恰好选择了同一时间的时候,共识才被达成,而这样的结果才64种,也就是说达成共识的概率仅为1/4。这还只是四位将军的情况,如果将军的人数是10人,100人,1000人呢?我们稍加计算就可以发现随着人数的增加,达成共识的希望会变得越来越渺茫。
把上面例子中的将军换成计算机网络中的节点,把信使换成节点之间的通信,把进攻时间换成需要达成共识的信息,你就可以理解共识问题所描述的困境了。达成共识的能力对于一个支付系统来说重要性不言而喻,如果你给家里汇了一笔钱买车,第二天去银行核实的时候柜台告诉你“关于你汇了多少钱的问题,我们的系统里有三个版本的记录”,这样的银行你显然是不敢把钱存进去的。在比特币出现之前共识问题是很难被完美解决的,要保证达成共识就需要采用集中式系统(除非节点满足特定条件),要想去中心化共识就无法保证。那么区块链技术又是如何解决这一难题的呢?(关注公众号weoption,回复“区块链”,可查看全文。)
⑵ 区块链几大共识机制及优缺点
首先,没有一种共识机制是完美无缺的,各共识机制都有其优缺点,有些共识机制是为解决一些特定的问题而生。
1.pow( Proof of Work)工作量证明
一句话介绍:干的越多,收的越多。
依赖机器进行数学运算来获取记账权,资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱,同时每次达成共识需要全网共同参与运算,性能效率比较低,容错性方面允许全网50%节点出错。
优点:
1)算法简单,容易实现;
2)节点间无需交换额外的信息即可达成共识;
3)破坏系统需要投入极大的成本;
缺点:
1)浪费能源;
2)区块的确认时间难以缩短;
3)新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临比特币的算力攻击;
4)容易产生分叉,需要等待多个确认;
5)永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性;
2.POS Proof of Stake,权益证明
一句话介绍:持有越多,获得越多。
主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比,相对于PoW,一定程度减少了数学运算带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升,但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式,可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制,根据每个节点所占代币的比例和时间,等比例的降低挖矿难度,从而加快找随机数的速度
优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间;不再需要大量消耗能源挖矿。
缺点:还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点;所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击影响。例如,以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉,而ETC由此事件出现,事实上证明了此次硬分叉的失败。
DPOS与POS原理相同,只是选了一些“人大代表”。
BitShares社区首先提出了DPoS机制。
与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人,由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票,持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。
DPoS的工作原理为:
去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力,51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标,每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费,一名代表将获得1股作为报酬。
网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块,而这将导致区块链分叉。然而,这不太可能发生,因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。
该模式可以每30秒产生一个新区块,并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小,即使发生也可以在几分钟内得到解决。
成为代表:
成为一名代表,你必须在网络上注册你的公钥,然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。
授权选票:
每个钱包有一个参数设置窗口,在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表,并将其分级。一经设定,用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下,用户不会创建特别以投票为目的的交易,因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下,某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。
保持代表诚实:
每个钱包将显示一个状态指示器,让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块,那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块,那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。
抵抗攻击:
在抵抗攻击上,因为前100名代表所获得的权力权是相同的,每名代表都有一份相等的投票权。因此,无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表,可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是,由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址,这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接,将使妨碍他们生产区块变得更为困难。
优点:大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证。
缺点:整个共识机制还是依赖于代币,很多商业应用是不需要代币存在的。
3.PBFT :Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错
介绍:在保证活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。
在分布式计算上,不同的计算机透过讯息交换,尝试达成共识;但有时候,系统上协调计算机(Coordinator / Commander)或成员计算机 (Member /Lieutanent)可能因系统错误并交换错的讯息,导致影响最终的系统一致性。
拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量,寻找可能的解决办法,这无法找到一个绝对的答案,但只可以用来验证一个机制的有效程度。
而拜占庭问题的可能解决方法为:
在 N ≥ 3F + 1 的情况下一致性是可能解决。其中,N为计算机总数,F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后,各计算机列出所有得到的信息,以大多数的结果作为解决办法。
1)系统运转可以脱离币的存在,pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成,安全性与稳定性由业务相关方保证。
2)共识的时延大约在2~5秒钟,基本达到商用实时处理的要求。
3)共识效率高,可满足高频交易量的需求。
缺点:
1)当有1/3或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务;
2)当有1/3或以上记账人联合作恶,且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时,恶意记账人可以使系统出现分叉,但是会留下密码学证据
下面说两个国产的吧~
4.dBFT: delegated BFT 授权拜占庭容错算法
介绍:小蚁采用的dBFT机制,是由权益来选出记账人,然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
此算法在PBFT基础上进行了以下改进:
将C/S架构的请求响应模式,改进为适合P2P网络的对等节点模式;
将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点;
为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制,通过投票决定共识参与节点(记账节点);
在区块链中引入数字证书,解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。
优点:
1)专业化的记账人;
2)可以容忍任何类型的错误;
3)记账由多人协同完成,每一个区块都有最终性,不会分叉;
4)算法的可靠性有严格的数学证明;
缺点:
1)当有1/3或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务;
2)当有1/3或以上记账人联合作恶,且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时,恶意记账人可以使系统出现分叉,但是会留下密码学证据;
以上总结来说,dBFT机制最核心的一点,就是最大限度地确保系统的最终性,使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
5.POOL验证池
基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制。
优点:不需要代币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证。
缺点:去中心化程度不如bictoin;更适合多方参与的多中心商业模式。
⑶ 区块链共识机制,拜占庭将军问题是什么
POW完全依靠用经济激励的方式来大量增加记账参与者, 从而稀释作恶节点的比例, 或者说大幅增加作恶的成本, 做假账者需要控制或者贿赂更多的节点。这是一种简单粗暴的共识机制, 在算法上没有优化过,但是又非常可行, 现在体量最大的两条区块链, 比特币和以太坊都是用POW挖矿的方式。
POW虽然不是最优,但是现在最最切实可行的共识算法。例如比特币、莱特币、DECENT都是采用的POW证明机制。
⑷ 区块链技术的六大核心算法
区块链技术的六大核心算法
区块链核心算法一:拜占庭协定
拜占庭的故事大概是这么说的:拜占庭帝国拥有巨大的财富,周围10个邻邦垂诞已久,但拜占庭高墙耸立,固若金汤,没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败,同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强,至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻,才有可能攻破。然而,如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻,但实际过程出现背叛,那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事,不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。
在这个分布式网络里:每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致,可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的,只要超过半数同意进攻,少数服从多数,共识达成。
由此,在一个分布式的系统中,尽管有坏人,坏人可以做任意事情(不受protocol限制),比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是,只要大多数人是好人,就完全有可能去中心化地实现共识
区块链核心算法二:非对称加密技术
在上述拜占庭协定中,如果10个将军中的几个同时发起消息,势必会造成系统的混乱,造成各说各的攻击时间方案,行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息,但由谁来发出呢?其实这只要加入一个成本就可以了,即:一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后,各个节点收到发起者的消息必须签名盖章,确认各自的身份。
在如今看来,非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现, 如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密; 同样,如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密。
区块链核心算法三:容错问题
我们假设在此网络中,消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送,并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外,节点的行为可以是任意的:可以随时加入、退出网络,可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等,还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统,提供的容错能力,这种容错能力同时包含安全性和可用性,并适用于任何网络环境。
区块链核心算法四:Paxos 算法(一致性算法)
Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是,在一个分布式数据库系统中,如果各节点的初始状态一致,每个节点都执行相同的操作序列,那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列,需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中,是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型:共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。
区块链核心算法五:共识机制
区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说,其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash,生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币,生成区块时,必须得到所有参与者的同意,那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度,因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。
区块链核心算法六:分布式存储
分布式存储是一种数据存储技术,通过网络使用每台机器上的磁盘空间,并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备,数据分散的存储在网络中的各个角落。所以,分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据,而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋,不是放在同一个篮子里,而是分开放在不同的地方,加起来的总和是100个。
⑸ 什么是共识机制
共识机制,简单说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。
在区块链上,共识机制就像一个国家的法律,维系着区块链世界的正常运转。在区块链上,每个人都会有一份记录链上所有交易的账本,链上产生一笔新的交易时,每个人接收到这个信息的时间是不一样的,有些想要干坏事的人就有可能在这时发布一些错误的信息,这时就需要一个人把所有人接收到的信息进行验证,最后公布最正确的信息。
目前,常用的共识机制有三种:
1、工作量证明机制(Proof of Work - PoW)是我们最熟知的一种共识机制。就如字面的解释,PoW就是工作越多,收益越大。这里的工作就是猜数字,谁能最快的猜出这个唯一的数字,谁就能做信息公示人。
2、权益证明机制(Proof of Stake-PoS)也属于一种共识证明,它类似股权凭证和投票系统,因此也叫“股权证明算法”。由持有最多(token)的人来公示最终信息。
3、拜占庭共识算法(Practical Byzantine Fault Tolerance- PBFT)也是一种常见的共识证明。它与之前两种都不相同,PBFT以计算为基础,也没有代币奖励。由链上所有人参与投票,少于(N-1)/3个节点反对时就获得公示信息的权利。
⑹ 分布式共识包含哪三种方法
PoW 、PoS 、DPOW都是什么意思?
说到区块链,我们必然会谈及它的共识机制。不了解区块链的共识机制,就无法理解区块链的真正意义。那么,今日份的区块链的共识机制了解一下?
共识机制是什么?
什么是共识?直取它的字面意思,就是"共同的认识".
人与人是不同的,这种不同不仅体现在身材、长相、能力,更体现在文化、观点、想法、利益诉求等等方面。
共识,简而言之,就是一个群体的成员在某一方面达成的一致意见。
我们了解到,信任是社会运转中的一大痛点,银行有自己的信用体系,过去的金融体系服务于只服务于极少的企业家,因为建立信用体系耗资巨大。后来支付宝有了芝麻信用,信用已经关系到生活的很多方面,信用卡额度、花呗额度,芝麻信用高出国还可以免签。我们正享受着信用给我们带来的便捷。
区块链本质是去中心化,去中心化的核心是共识机制,区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块,以及如何维护区块链统一的问题。
区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图,同时满足两个性质:
1)一致性:所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。
2)有效性:由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。
区块链的自信任主要体现于分布于区块链中的用户无须信任交易的另一方,也无须信任一个中心化的机构,只需要信任区块链协议下的软件系统即可实现交易。
共识机制是什么?PoW 、PoS 、DPOW都是什么意思?
共识机制的必要性?
分布式系统中,多个主机通过异步通信方式组成网络集群。在这样的一个异步系统中,需要主机之间进行状态复制,以保证每个主机达成一致的状态共识。错误信息可能出现在异步系统内并不断传播,因此需要在默认不可靠的异步网络中定义容错协议,以确保各主机达成安全可靠的状态共识,这就是共识机制诞生的必要性。
这种自信任的前提是区块链的共识机制(consensus),即在一个互不信任的市场中,要想使各节点达成一致的充分必要条件是每个节点出于对自身利益最大化的考虑,都会自发、诚实地遵守协议中预先设定的规则,判断每一笔记录的真实性,最终将判断为真的记录记入区块链之中。attachments-2018-08-9yY7VRHa5b738e3d96021.jpg
换句话说,如果各节点具有各自独立的利益并互相竞争,则这些节点几乎不可能合谋欺骗你,而当节点们在网络中拥有公共信誉时,这一点体现得尤为明显。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。
当今区块链的几种共识机制介绍
区块链上的共识机制有多种,但任何一种都不是完美无缺,或者说适用于所有应用场景的。
PoW 工作量证明
整个系统中每个节点为整个系统提供计算能力(简称算力),通过一个竞争机制,让计算工作完成最出色的节点获得系统的奖励,即完成新生成货币的分配,简单理解就是多劳多得,bitcoin、LTC等货币型区块链就应用POW机制。
优点
完全去中心化节点自由进出,算法简单,容易实现破坏系统花费的成本巨大,只要网络破坏者的算力不超过网络总算力的50%,网络的交易状态就能达成一致
缺点
浪费能源,这是最大的缺点区块的确认时间难以缩短,如bitcoin每秒只能做7笔交易,不适合商业应用新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临bitcoin的算力攻击对节点的性能网络环境要求高容易产生分叉,需要等待多个确认无法达成最终一致性
PoS 权益证明
也称股权证明,类似于你把财产存在银行,这种模式会根据你持有加密货币的数量和时间,分配给你相应的利息。
优点
对节点性能要求低,达成共识时间短
缺点
没有最终一致性,需要检查点机制来弥补最终性
DPOW 委托股权证明
DPOW是 PoS 的进化方案,在常规 PoW和 PoS 中,任何一个新加入的区块,都需要被整个网络所有节点做确认,非常影响效率。
DPoS则类似于现代董事会的投票机制,通过选举代表来进行投票和决策。被选举出的n个记账节点来做新区块的创建、验证、签名和相互监督,这样就极大地减少了区块创建和确认所需要消耗的时间和算力成本。
优点
大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证
缺点
牺牲了去中心化的概念,不适合公有链
PBFT 实用拜占庭容错
实用拜占庭容错机制是一种采用"许可投票、少数服从多数"来选举领导者并进行记账的共识机制,该共识机制允许拜占庭容错,允许强监督节点参与,具备权限分级能力,性能更高,耗能更低,而且每轮记账都会由全网节点共同选举领导者,允许33%的节点作恶,容错率为33%.实用拜占庭容错特别适合联盟链的应用场景。
优点
会背离中心化,加密货币的存在及奖励机制会产生马太效应,让社区中的穷者更穷,富者更富共识效率高,可实现高频交易
缺点
当系统只剩下33%的节点运行时,系统会停止运行
dBFT 授权拜占庭容错
这种机制是用权益来选出记账人,然后记账人之间通过拜占庭容错算法达成共识。授权拜占庭容错机制最核心的一点,就是最大限度地确保系统的最终性,使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
优点
专业化的记账人可以容忍任何类型的错误记账由多人协同完成,每一个区块都有最终性,不会分叉算法的可靠性有严格的数学证明
缺点
当三分之一或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务当三分之一或以上记账人联合作恶,可能会使系统出现分叉
Pool 验证池
基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制。
优点
不需要加密货币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证。
缺点
去中心化程度不如bitcoin,更适合多方参与的多中心商业模式。
Paxos
这是一种传统的分布式一致性算法,是一种基于选举领导者的共识机制。领导者节点拥有绝对权限,并允许强监督节点参与,其性能高,资源消耗低。所有节点一般有线下准入机制,但选举过程中不允许有作恶节点,不具备容错性。
Paxos算法中将节点分为三种类型:
proposer:提出一个提案,等待大家批准为结案。往往是客户端担任该角色
acceptor:负责对提案进行投票。往往是服务端担任该角色
learner:被告知结案结果,并与之统一,不参与投票过程。可能为客户端或服务端
Paxos 能保证在超过50%的正常节点存在时,系统能达成共识。
瑞波共识机制
瑞波共识算法使一组节点能够基于特殊节点列表形成共识,初始特殊节点列表就像一个俱乐部,要接纳一个新成员,必须由该俱乐部51%的会员投票通过。共识遵循这些核心成员的"51%权利",外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由中心化开始,它将一直是中心化的,而如果它开始腐化,股东们什么也做不了。与bitcoin及Peercoin一样,瑞波系统将股东们与其投票权隔开,因此,它比其他系统更中心化。
Peercoin
Peercoin(点点币,PPC),混合了POW工作量证明及POS权益证明方式,其中POW主要用于发行货币,未来预计随着挖矿难度上升,产量降低,系统安全主要由POS维护。
在区块链网络中,由于应用场景的不同,所设计的目标各异,不同的区块链系统采用了不同的共识算法。每种共识算法都不是完美的,都有其优点和局限性。
区块链解决了在不可信信道上传输可信信息、价值转移的问题,而共识机制解决了区块链如何分布式场景下达成一致性的问题。
虽然区块链目前还处于发展的早期,行业发展还面临着一些阻碍,但社会已经足够多地认识到区块链的价值,区块链发展的脚步绝不会停滞不前,行业发展也定会找到突破阻碍的方法。
⑺ 五分钟了解共识机制
五分钟了解共识机制
什么是共识机制?
“共识机制是区块链的灵魂。”这是业内经常能听到的一句话,共识机制在区块链中的地位可想而知。那么到底什么是共识机制呢?我们不妨从拜占庭将军问题说起。
拜占庭位于如今的土耳其的伊斯坦布尔,是东罗马帝国的首都。由于当时拜占庭罗马帝国国土辽阔,为了防御目的,每个军队都分隔很远,将军与将军之间只能靠信差传消息。在战争的时候,拜占庭军队内所有将军和副官必须达成一致的共识,决定是否有赢的机会才去攻打敌人的阵营。但是,在军队内有可能存有叛徒和敌军的间谍,左右将军们的决定又扰乱整体军队的秩序。在进行共识时,结果并不代表大多数人的意见。这时候,在已知有成员谋反的情况下,其余忠诚的将军在不受叛徒的影响下如何达成一致的协议,拜占庭问题就此形成。
拜占庭将军问题是一个协议问题,拜占庭帝国军队的将军们必须全体一致的决定是否攻击某一支敌军。问题是这些将军在地理上是分隔开来的,并且将军中存在叛徒。叛徒可以任意行动以达到以下目标:欺骗某些将军采取进攻行动;促成一个不是所有将军都同意的决定,如当将军们不希望进攻时促成进攻行动;或者迷惑某些将军,使他们无法做出决定。如果叛徒达到了这些目的之一,则任何攻击行动的结果都是注定要失败的,只有完全达成一致的努力才能获得胜利。
而这个问题该如何解决?中本聪的理念给出了一个比较好的答案:不能让所有人都有资格发信息,而是给发信息设置了一个条件:“工作量”,将军们同时做一道计算题,谁先算完,谁才能获得给其他小国发信息的资格。而其他小国在收到信息后,必须采用加密技术进行签字盖戳,以确认身份。然后再继续做题,做对题的再继续发消息……对这种先后顺序达成共识的算法,就是共识机制。
共识机制的作用
区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构,可支持不同的共识机制。在区块链上,每个人都会有一份记录链上所有交易的账本,链上产生一笔新的交易时,每个人接收到这个信息的时间是不一样的,有些想要干坏事的人就有可能在这时发布一些错误的信息,这时就需要一个人把所有人接收到的信息进行验证,最后公布最正确的信息。
共识机制是区块链技术的重要组件。它就像一本法典,维系着区块链世界的正常运转,使得区块链技术自带改善世界的光芒,也是让区块链得以被全世界逐步接受和认可的最大幕后功臣,它让互联网、陌生人之间,在没有第三方作为信用背书的情况下发生的一切交易变成可能,它赋予了机械的代码以人性和温度。
共识机制的类别
目前的共识机制主要有POW、POS、DPOS、PBFT、dBFT、Pool验证池。
POW,就是人们熟悉的比特币挖矿,通过计算出一个满足规则的随机数,即获得本次记账权,发出本轮需要记录的数据,全网其它节点验证后一起存储。可实现完全去中心化,节点自由进出。干的越多,收的越多。
POS,权益证明,POW的一种升级共识机制,根据每个节点所占代币的比例和时间,以此等比例的挖矿难度,从而加快找随机数的速度。持有越多,获得越多
DPOS,股份授权证明机制,类似于董事会投票,持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。
PBFT ,Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法,是一种状态机副本复制算法,即服务作为状态机进行建模,状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制,每个状态机的副本都保存了服务的状态,同时也实现了服务的操作。
dBFT,delegated BFT 授权拜占庭容错算法,由权益来选出记账人,然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
Pool验证池,基于传统的分布式一致性技术建立,并辅之以数据验证机制,是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。Pool验证池不需要依赖代币就可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上,可以实现秒级共识验证,更适合有多方参与的多中心商业模式。
现有共识机制存在问题
目前现有的共识机制都不算完美,在一些实际应用场景弊端很多。
A、计算能力浪费
在工作量证明机制POW中,猜数字最快的通常是电脑计算能力强的。超强的计算能级仅用来猜数字,实在是浪费。
B、权益向顶层集中
在权益证明机制POS中,token的余额越多的人获得公示信息的概率越高,公示人会得到一定的token作为奖励,如此持有token多的人会越来越多,少的人越来越少。
C、作恶成本低下
在靠算力与权益的的多少来获得公示信息的权利的模式当中,当算力和权益向少数人集中之后,这些少数人如果想要做一些违反规则的事情是轻而易举的;在PBFT中,由所有人投票,如果一个没有任何token余额的人想要捣乱,那他几乎是完全没有利益损失。
D、对于真正的去中心化构成威胁
在工作量证明机制中,计算能力越强,获得记录权利的概率就越高。如果有人把很多人集中在一起来猜数字,把好多电脑的算力加在一起来用,那这些抱团的人就会更容易获得公示信息的权利,发展到最后可能公示权就直接掌握在这些人手里。
在权益证明机制POS中,权益越大的人获得记录权利的概率越高,而记录的人就会有奖励token ,这样一来这些人就会越来越富有,贫富差距就会越来越大。持有token少的人几乎都没有话语权了。权利掌握在少数人手中,这有违区块链去中心化理念。
⑻ 区块链共识机制有哪些
1.pow( Proof of Work)工作量证明
一句话介绍:干的越多,收的越多。
2.POS Proof of Stake,权益证明
一句话介绍:持有越多,获得越多。
3.PBFT :Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错
介绍:在保证活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。
4.dBFT: delegated BFT 授权拜占庭容错算法
介绍:小蚁采用的dBFT机制,是由权益来选出记账人,然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
5.POOL验证池
基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制。
智链ChainNova是一家做区块链的公司,感觉挺不错的,虽然不懂什么哈希算法,但还是知道一点点。
⑼ 共识机制存在被破解的可能吗
存在。
这就需要达成一种共识,这就是区块链里面所需要的共识机制。共识机制就是需要达成一致的问题,其中比较经典的共识机制问题就是“拜占庭将军问题”。