区块链:科普向丨区块链的共识机制是什么

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在大家阅读一些区块链相关资料时，总会看到“共识机制”这个名词，还有PoW、PoS、DPoS等英文缩写。那我们今天就来聊聊，究竟什么是区块链的共识机制，而PoW、PoS、DPoS又代表着什么。

一、区块链的共识机制是什么

区块链常被大家称为传递信任的工具，而这信任背后所依赖的就是共识机制。可以将区块链看作是一个全民参与的分布式账本，那么就需要制定一套大家认可接受的规则来解决“怎么记账有效”、“选谁来记账”的问题，而这套规则就是区块链的共识机制。

为了方便理解，我们来举个例子。一个寝室六人准备去聚餐，通过商议，选择吃火锅，那么吃火锅就是大家形成的共识。而商议的方式，少数服从多数就是大家确定就餐地方的共识机制。

欧科云链集团正式启动区块链科普行动“星途计划”:欧科云链集团于4月26日，正式宣布启动了区块链科普行动——“星途计划”，行动包括将在全国范围展开系列沙龙，加大力度推进区块链科普进机关、进国企、进校园等，联合政府部门、行业协会等共同构建起更加完善和有效的区块链科普教育生态，与此同时，直击区块链科普现存痛点，推出简单易懂的“秒懂区块链”公益短视频课。

该计划旨在全维度推动社会建立对产业更清晰的认知，与“鲲鹏计划”一道助力数字经济及区块链产业本身健康发展夯实“人才”和“产业认知”两大基础。[2021/4/26 20:59:37]

IMF今日发布的加密货币科普视频实为两年前旧闻，且存在诸多疏漏:国际货币基金组织IMF今日在推特上发布了一条关于加密货币的科普视频，这段时长两分钟的视频最初发布于2018年6月。该视频称加密货币是“货币进化的下一步”，但没有特别提到DLT、区块链，甚至是代币名称等术语。BTC、XRP和ETH只出现在说明加密交易的图形中。尽管这段视频到目前为止已经获得了超过13.7万的点击量和2900个赞，但来自加密社区的许多反应都是批评的，他们指出了信息中的漏洞和似乎具有误导性的措辞。

Reddit用户nanooverbtc称：“他们犯了很多错误，比如把私钥称为密码。”该视频也没有讨论挖矿或加密货币供应。Kraken策略师Pierre Rochard等知名人士表示：“可证明的稀缺性是比特币有趣的原因，你忘了提这一点。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

在区块链的世界里，因其本身去中心化的特性，导致并没有一个像银行一样的中心记账机构来保证链上所有的记账内容保持一致，因此如何让全网达成共识就显得至关重要。共识机制就是用来解决这一难题的，可以说共识机制是分布式系统的核心。

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

而在共识机制中，PoW、PoS、DPoS，分别代表区块链网络的三种主要记账规则，它们的作用非常大，直接关系到记账权和相关收益的分配。下面为大家逐一介绍这三种主要的共识机制。

人民数字FINTECH推出区块链科普动画:人民日报数字传播发布微博称，人民数字FINTECH出品《趣味科普|区块链动画》。[2020/3/31]

二、当前三种主要的共识机制

PoW工作量证明机制

工作量证明，就是一份确认你所完成工作量的证明。工作量证明机制，就是通过工作量来证明你的贡献值，再根据贡献值的大小确定记账权和奖励。

声音 | 中科院姚建铨：要加快推进区块链与物联网融合的科普 培训:据新华网消息，日前，在区块链与物联网融合发展峰会上，中国科学院院士姚建铨说，关注区块链技术里面的大数据，跟区块链技术结合起来进行测量和检测，能更好地提升激光清洗技术。姚建铨建议，无锡今后要加快推进区块链与物联网融合的科普、培训，正确引导广大人民群众对技术的认知；同时，建立专业、权威，但又普适、成套的理论体系和标准，以此切入区块链的实际应用。[2018/9/18]

在区块链的世界中，这个证明过程，是依赖计算机进行数学运算进行的。可以简单地理解为，大家共同去解答同一个题目，先计算出来的人就拥有了记账权，并可以获得相应的报酬，这个报酬就是网络产生的数字通证。这也是BTC产出的流程，在BTC的网络里，谁先将题目解出来，谁就可以获得BTC作为奖赏。

PoW的优点是，第一，记账权和奖励由工作量来确定，公平公正，节点之间实现了公平竞争；第二，完全的去中心化，不需要中心化的管理机构，系统按照共识就可以自行运转。

其缺点是浪费能源和效率低下。参与者一起计算同一题目，但最终可获得记账权的只有一个人，其他人所作的都是无用功。但在这一过程中会耗费大量的电力资源。例如，BTC的产生就是采用PoW共识机制，每年会消耗大约几十亿美元的电力。另外，在链上节点的数量是巨大的，基于点对点的特性，当第一个解出答案的人对全网宣布并认领记账权时，这一过程是非常耗时的，因此在PoW机制下全网达成共识的效率极差。

PoS权益证明机制

权益证明，是以与系统相关的权益——通证，作为分红和选取记账者的考量因素。持有通证的数量越多时间越长，即通证天数越大，越容易被选为用户代表来进行记账。因为通证对持有者来说就是他在区块链系统的权益，所以这种方法被称为基于权益的证明，类似于股票的分红制度。

PoS的优点是，第一耗能少，相对于PoW来说，不需要大量能源的消耗；第二，作恶成本高昂，想要攻击网络的话，必须要有51%的通证天数，不但需要大量的通证，还要持有足够长的时间，难度较高；第三，达成共识的时间短，网络环境好的话，可实现毫秒级速度。

PoS的缺点有两个，第一，通证趋于集中化，因为收益的分配取决于通证的持有量和持有时间，为了获得更多的通证，通证就会逐渐集中起来；第二，流动性变差，持有通证便会有收益分配，持有者没有套现的动力，导致通证的流动性变差。

DPoS委托权益证明机制

DPoS是在PoS基础上产生的，在PoS机制下，持有通证数少的人很少有机会当选记账者。为了能够获得记账权，他们便商量采用DPoS机制，即通过投票选举的方式，选出生产者，代表他们履行权利和义务。代表节点轮流进行记账从而获得分红，并将节点获得记账总收入的一部分作为报酬，分给投票的用户。如果生产者不称职，随时可能会被投票出局。投票的权重和分配的收益，都是按照持有的加密通证数量占总量的百分比来计算的，51%的股东的投票结果是不可逆且有约束力的。

其实，DPoS机制类似于现实中股份制公司，普通股民并不能进入董事会参与公司的管理，就要通过投票选举代表组成董事会，根据投票权重选举出能代表他们权益的人，进行公司管理，在区块链中，就是选举出代理人来记账。

DPoS最大的优点是，记账节点数量大大减少，记账效率高。其缺点是减弱了去中心化的程度，由选出的代表进行记账，存在一定的中心化控制。

三、结语

目前，还没有任何一种共识机制是完美的，都有各自的短板。随着区块链技术不断发展，共识机制也会不断优化，未来可期。

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