網(wǎng)上有很多關(guān)于pos機進(jìn)化過(guò)程,區塊鏈共識機制的演化的知識，也有很多人為大家解答關(guān)于pos機進(jìn)化過(guò)程的問(wèn)題，今天pos機之家(m.xjcwpx.cn)為大家整理了關(guān)于這方面的知識，讓我們一起來(lái)看下吧!
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pos機進(jìn)化過(guò)程
DSC共識算法的新探索。
人類(lèi)能夠大規模地進(jìn)行協(xié)作，能夠在地球上眾多生物中真正脫穎而出，最重要因素之一就是人類(lèi)可以達成共識。這個(gè)共識來(lái)自于文化或者組織的認同。人們對國家、民族有共識，對公司有共識，這樣可以朝一個(gè)方向進(jìn)行協(xié)作。如果沒(méi)有共識，就無(wú)法形成體系合作的力量，共識的產(chǎn)生有的來(lái)源于文化認同，有的來(lái)源于國家機器。比如貨幣的采用，是需要國家的信用背書(shū)。
比特幣的誕生則給我們帶來(lái)了一個(gè)可以自運轉網(wǎng)絡(luò )的成功范例。通過(guò)共識算法、加密、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )以及獎勵機制等，可以形成一個(gè)自治的社區，可以形成一個(gè)不通過(guò)中心機構來(lái)達成的信任，最終實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的價(jià)值流通。
這是一個(gè)全所未有的社會(huì )實(shí)驗，到目前為止，它還是比較成功的，全球有數千萬(wàn)比特幣地址，市值超過(guò)1400多億美元。
目前區塊鏈的共識機制主要有哪些？有哪些值得關(guān)注的共識機制？除了PoW、PoS、DPoS、PBFT之外，還有哪些共識算法值得關(guān)注？它會(huì )不會(huì )繼續演化？藍狐筆記最近關(guān)注到一種叫DSC的共識算法，它試圖平衡效率、公平、安全等方面，新探索值得探究。
一、共識算法是區塊鏈自運轉的核心
對于區塊鏈來(lái)說(shuō)，它沒(méi)有一個(gè)中心主體在負責體系的運轉，賬本怎么記？什么賬本才是大家確認的？諸如此類(lèi)都需要由一個(gè)去中心化的機制來(lái)達成共識。
對于一個(gè)公鏈來(lái)說(shuō)，它是否足夠安全，是否更有效率，共識機制是關(guān)鍵。共識機制設計好了，一是能夠保證網(wǎng)絡(luò )的安全，保證記賬的安全，免于遭受惡意攻擊；二是能夠讓社區很好的自運轉，特別是在如何激勵方面，是否有好的設計是自治社區能否進(jìn)入良性循環(huán)的關(guān)鍵。
最后，越來(lái)越多的共識算法，除了保證安全之外，也會(huì )考慮到效率和公平。我們來(lái)看看，不同的共識算法各自的優(yōu)劣之處。
1. PoW
PoW算法是最經(jīng)典的共識機制。由比特幣引入并使用。以比特幣為例，PoW共識機制中，比特幣網(wǎng)絡(luò )中的礦工為了獲得記賬權，必須通過(guò)算力來(lái)解數學(xué)題。大約十分鐘時(shí)間，第一個(gè)發(fā)現特定屬性哈希的礦工將獲得記賬權，并被獎勵比特幣。
這個(gè)機制的本質(zhì)就是消耗算力，因為解題沒(méi)有其他辦法，就是靠算力。而雖然解題耗費算力，但驗證答案是否正確卻很簡(jiǎn)單。由于算力背后是經(jīng)濟的成本，需要電費和礦機等支撐。這意味著(zhù)要發(fā)起51%的算力攻擊需要巨大的能源和算力資源才能完成。
PoW是目前為止運行時(shí)間最長(cháng)的共識機制，也是最久經(jīng)考驗的共識算法，有較高的安全性，也是相對公平、去中心化的網(wǎng)絡(luò )。
但同時(shí)也有不少地方被大家詬病。尤其是在電力消耗和性能上。由于解題需要消耗大量的電力，全世界PoW算法所消耗的能源據統計已經(jīng)超過(guò)愛(ài)爾蘭一個(gè)國家所消耗的電力。
另外，PoW的機制為了保證安全性，在性能上也不能兼顧，它的擴展性備受詬病。每秒才7個(gè)交易，跟中心化每秒10萬(wàn)以上的交易相比，完全無(wú)法媲美?；赑oW機制，比特幣很難成為網(wǎng)絡(luò )電子現金支付系統。
在中心化方面，也存在一定的爭議。由于不同地區的電費不同，從成本上來(lái)說(shuō)，最終會(huì )相對傾斜到電費成本較低的國家和地區。比如中國目前占據比特幣算力的相當大一部分。
上圖來(lái)源于blockchain.info，顯示了hashrate分布的中心化趨勢。
2. PoS
PoS跟PoW不同，它無(wú)須通過(guò)消耗算力獲得記賬權，所以更環(huán)保。PoS有驗證者，這些驗證者節點(diǎn)需要鎖定一定量的token，鎖定之后，就有權益的證明。一組驗證者輪流提議和投票下一個(gè)區塊的生成，而投票的權重取決于其持有token多少。
也就是說(shuō)每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)鏈接到一個(gè)地址，這個(gè)地址所持有的代幣越多，它獲得生成下一個(gè)區塊的概率就越大。如果一個(gè)攻擊者試圖發(fā)起51%的攻擊，它需要持有超過(guò)50%以上的代幣，如果一個(gè)市值超過(guò)10億美元的網(wǎng)絡(luò )，攻擊者的成本至少5億美元以上，如果發(fā)生攻擊，導致網(wǎng)絡(luò )不安全，對理性攻擊者來(lái)說(shuō)也沒(méi)有意義。而且PoS的防御和攻擊是不對等的，防御更容易些，恢復網(wǎng)絡(luò )的代價(jià)要低于攻擊者的代價(jià)。PoS是由NxT最先提出的。
PoS更適合代幣固定的網(wǎng)絡(luò )，不會(huì )產(chǎn)生通貨膨脹，它的收益獎勵主要來(lái)自于用戶(hù)的交易。
PoS的好處是不用消耗大量能源，達成共識速度快，但也有不足，不是所有節點(diǎn)都愿意挖礦、永遠沒(méi)有最終性，需要檢查點(diǎn)機制來(lái)減緩這個(gè)問(wèn)題、也容易產(chǎn)生分叉。
3.DPoS
DPoS比PoS更加高效。它的代幣持有人投票支持代表，當選的代表驗證區塊交易，獲得獎勵。DPoS的投票是持續進(jìn)行的。一旦代表的表現不盡人意，代幣持有者可以用投票把代表選出。
由于代表需要遵守所有的規則，保證網(wǎng)絡(luò )正常運行時(shí)間，這也會(huì )比PoS更高效。此外，它不會(huì )分叉，比PoS有優(yōu)勢。
它的不足是有中心化的風(fēng)險。如果只有20多個(gè)超級代表，這意味著(zhù)如果超級節點(diǎn)被控制，網(wǎng)絡(luò )有一定的安全風(fēng)險。不過(guò)，DPoS共識機制也在不斷的進(jìn)化，不斷的尋找兼顧安全、去中心化和效率。
除了PoW、PoS、DPoS之外，還有PBFT、VBFT、PoA、PoE、PoI…哪些值得關(guān)注呢？
藍狐筆記發(fā)現Penta網(wǎng)絡(luò )的DSC共識算法，它有自己的特色，它試圖在保證安全性的同時(shí)，滿(mǎn)足效率與公平的需求，為成為DApp的基礎設施而努力。
二、DSC共識算法：安全、效率與公平的兼顧
DSC協(xié)議是指動(dòng)態(tài)權益共識協(xié)議，采用散列抽簽算法，兼顧效率與公平。
DSC共識算法通過(guò)如下幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)現區塊的生產(chǎn)：
首先是從全網(wǎng)節點(diǎn)進(jìn)行代表的投票選舉，選出兩種代表：一是持有較多PNT代幣的議員，一個(gè)是持有較少PNT代幣的觀(guān)察員。
其次，在兩種代表中通過(guò)散列抽簽算法，隨機挑選部分議員和觀(guān)察員組成若干的共識組，每個(gè)共識組的議員或觀(guān)察員占比不得少于1/3。
共識組進(jìn)行BFT共識。在議員中選舉出議長(cháng)。議長(cháng)提議生成區塊，其他議員和觀(guān)察員進(jìn)行區塊驗證，在2/3以上節點(diǎn)驗證通過(guò)后，生成該共識組所對應的候選區塊。共識組數量的多少沒(méi)有固定，根據網(wǎng)絡(luò )情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，以保證正常出塊。
最后，候選區塊并不會(huì )自動(dòng)成為正式區塊，還需要通過(guò)散列抽簽函數從所有共識組產(chǎn)生的候選區塊中選擇正式區塊。如果出現區塊共識在一定時(shí)間內無(wú)法達成的情況，會(huì )啟動(dòng)RESET機制。所有議員進(jìn)行一輪BFT共識，產(chǎn)生一個(gè)RESET區塊，重新組成共識組，恢復網(wǎng)絡(luò )正常運行。
這樣的選舉設計也有議會(huì )機制的影子。比如美國建國之初，一開(kāi)始試圖設置單一院制，但發(fā)現眾議院是基于人數，人口少的州很少有機會(huì )發(fā)出自己的聲音，于是產(chǎn)生了兩院制的議會(huì )。參議院不管各州大小，都是兩票，一共100席。眾議院則根據州人口多少獲得席位。設計的目的是為了兼顧各方利益。
DSC通過(guò)議長(cháng)、議員、觀(guān)察員、共識組的設計，有一部分制衡和保證公平的考慮。因為觀(guān)察員有機會(huì )進(jìn)入共識組，且不少于1/3，所以即使用戶(hù)是持有較少PNT的代表，也有機會(huì )獲得獎勵。這兼顧了公平，而在PoS共識機制中，一個(gè)持有很少代幣的用戶(hù)，能得到獎勵的概率非常低。
Penta的議員是PNT代幣持有節點(diǎn)主動(dòng)發(fā)起申請，其他節點(diǎn)進(jìn)行投票選擇。要想當選議員，首先要質(zhì)押一定數量的PNT代幣，同時(shí)必須獲得超過(guò)一定數量的票數。一旦當選議員，所有節點(diǎn)獲得記賬的機會(huì )均等。不是PNT數量越多，機會(huì )越大。議長(cháng)是通過(guò)BFT共識過(guò)程產(chǎn)生，主要負責區塊生成。
觀(guān)察員是監督的角色，它跟議員不同，所需要質(zhì)押的PNT數量較少，獲得的選票也較少。但觀(guān)察員分布更廣，數量更多。它代表了更多普通PNT代幣持有人的利益。更類(lèi)似于眾議院的角色。觀(guān)察員無(wú)法當選為議員或議長(cháng)，沒(méi)有生成區塊的權利。
Penta網(wǎng)絡(luò )的議員人數是動(dòng)態(tài)增長(cháng)的，這個(gè)跟美國參議院固定席位不同。根據參與節點(diǎn)和PNT持有排名情況，Penta網(wǎng)絡(luò )確定最初的議員數量和最低PNT代幣的質(zhì)押數量。同時(shí)，議員的數量和也會(huì )根據運行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整。觀(guān)察員的數量則不設置上限。
記賬過(guò)程也是靈活參與。首先存入作為保證金的PNT代幣，然后申請記賬，經(jīng)過(guò)投票、鎖定代幣之后，獲得參與記賬的機會(huì )。如要退出記賬，申請解鎖質(zhì)押的代幣，到期后獲得解鎖代幣，完成退出。
通過(guò)散列抽簽算法，Penta網(wǎng)絡(luò )可以從議員和觀(guān)察員中隨機選擇組成若干個(gè)共識組。假如每個(gè)共識組記賬人數n，n是動(dòng)態(tài)調整的，其中，議員數量是（n1），那么，n/3<n1<2n/3,觀(guān)察員的數量是n2=n-n1。這樣保持了共識組里面靈活的組員比例，議員和觀(guān)察員都是動(dòng)態(tài)調整，同時(shí)都保持在一定的數量范圍之內。
關(guān)于惡意節點(diǎn)的懲罰：由于賬戶(hù)上質(zhì)押了保證金，一旦發(fā)現任何故意破壞系統的行為，將會(huì )對節點(diǎn)進(jìn)行懲罰。比如議長(cháng)提出兩個(gè)及以上區塊BFT共識提案，其他節點(diǎn)可以舉證，一旦確認，議長(cháng)會(huì )收到遠高于收益的懲罰。這會(huì )讓作惡的成本處于不對稱(chēng)的狀態(tài)。
Penta網(wǎng)絡(luò )共識還能避免分叉。它有協(xié)議升級的機制。協(xié)議升級需要所有議員進(jìn)行BFT投票，（2n+1）/3以上議員贊成，即可在指定區塊高度自動(dòng)切換到新協(xié)議，保證協(xié)議升級不發(fā)生分叉。協(xié)議升級主要是一些參數調整，比如共識組節點(diǎn)數量、交易手續費、最低保證金、議員和觀(guān)察員人數等。
對于節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，記賬可以獲得收益，交易也有手續費收益。其中50%的PNT用于共識記賬激勵。在議長(cháng)提議的區塊被議員和觀(guān)察員確認之后，候選區塊變成正式區塊，在這個(gè)過(guò)程中，參與貢獻的記賬節點(diǎn)，也就是產(chǎn)生備選區塊的共識組成員都會(huì )得到相應的PNT獎勵。
Penta的共識機制吸取了PoS、DPoS的優(yōu)點(diǎn)，也有自己的獨創(chuàng )之處，不用擔心分叉，不用擔心能源浪費，提高了效率，同時(shí)兼顧代幣較少持有人的利益，鼓勵更多人參與進(jìn)來(lái)，減少寡頭利益風(fēng)險，兼顧安全、效率、公平。
這種共識機制的設計值得探索，也值得保持長(cháng)期關(guān)注。
三、結語(yǔ)
共識機制是區塊鏈網(wǎng)絡(luò )運轉的核心，區塊鏈上不同節點(diǎn)的副本要保持一致，都需要通過(guò)共識算法來(lái)達成。但是為了保證安全和去中心化，目前區塊鏈技術(shù)很難實(shí)現性能、安全和去中心化同時(shí)兼得。
不同的算法都有各自?xún)?yōu)勢和不足。用PoW作為公鏈共識算法，很難實(shí)現擴展性，很難在它的基礎上構建DApp的生態(tài)基礎，很難向主流人群擴展。
用PoS或者DPoS共識算法，也有可能產(chǎn)生一些小概率事件，比如私鑰被盜取、超級節點(diǎn)合謀導致中心化趨勢等。在兼顧性能同時(shí)，可能在去中心化和安全上出現了一些不足。
在共識算法上的實(shí)踐肯定還不會(huì )停止下來(lái)，而DSC的共識算法試圖平衡安全、去中心化和效率，以及公平等方面，希望在這個(gè)基礎上設計出一個(gè)可以安全、穩定的價(jià)值傳遞網(wǎng)絡(luò )。
Penta的DSC共識協(xié)議跟DPoS不同的是，多了一個(gè)散列抽簽的算法，不僅僅照顧了代幣持有人的利益，還兼顧了更多公平和安全。
此外它還有插件化的共識組件，有靈活多種共識算法，可以支持到側鏈或獨立鏈。在Penta平臺上的記賬共識與DApp上側鏈或獨立鏈的共識分離，平臺層和業(yè)務(wù)層的解耦，不同的DApp采用不同的共識機制來(lái)達成自身的目的。
比如說(shuō)，有的DApp對交易的性能要求不高，但對交易安全要求更高，它也許會(huì )選擇PoW算法，有的DApp對于交易性能要求很高，可能會(huì )采用DPoS的共識算法來(lái)達成目的。
未來(lái)的區塊鏈發(fā)展來(lái)看，由于要達成共識，肯定會(huì )犧牲效率。但要走向大規模人群的采用，沒(méi)有性能又是不行的。這里的悖論需要解決，要么，采用更加均衡的架構和共識機制，做一個(gè)平衡的取舍。要么，采用非區塊鏈的數據結構或者中心化的方式來(lái)解決問(wèn)題。
如果在區塊鏈的前提下，要達成一個(gè)可以落地的方案。采取類(lèi)似于DSC這樣的共識算法，可以兼顧安全、效率以及公平，同時(shí)，通過(guò)一個(gè)比較靈活的設計，采用側鏈和獨立鏈的模式，允許這些鏈采用組件化的其他共識算法，實(shí)現不同場(chǎng)景下的不同最優(yōu)選擇。
可以預見(jiàn)，未來(lái)除了PoW、PoS、DPoS、PBFT、PoA、PoI……之外，還會(huì )有更多層出不窮的共識算法，這對于區塊鏈發(fā)展的探索都是有益的。
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題圖來(lái)自 Pixabay，基于 CC0 協(xié)議
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