探索完美方案 哪種共識機制能架起區塊鏈靈魂?

在區塊鏈領域，人們從未停止過對更優共識機制的探索。

區塊鏈為什么需要共識機制，說到這個問題，網絡上廣為流傳的通俗解釋是，想一想拜占庭將軍問題：一組拜占庭將軍分別各率領一支軍隊共同圍困一座城市。為了簡化問題，將各支軍隊的行動策略限定為進攻或撤離兩種。因為部分軍隊進攻部分軍隊撤離可能會造成災難性后果，因此各位將軍必須通過投票來達成一致策略。系統的問題在于，將軍中可能出現叛徒，他們不僅可能向較為糟糕的策略投票，還可能選擇性地發送投票信息。

簡單看來，拜占庭將軍問題是一個協議問題，只有完全達成一致的努力才能獲得勝利。基于這樣的問題存在，我們需要達成共識。

目前區塊鏈上的共識機制有很多，主要的有工作量證明、權益證明、股份授權證明三種機制。

工作量證明（Proof of Work，簡稱PoW）：即比特幣的共識形式。

作為比特幣的底層技術，區塊鏈解決的一個核心問題是雙花問題，即它需要讓分布式節點達成一個統一的認可，這需要一定的方式確定哪些節點是合法的存在，哪些是不合法的存在。

中本聰提出了PoW機制，即比特幣在區塊生成的過程中使用了PoW機制。通過一種易于校驗的計算，看網絡中哪一個節點率先找到隨機數，通過校驗，就可以產生區塊，廣播獲得節點認可之后就形成了區塊鏈。

簡單來說，基于PoW共識機制，通過算力運算，暴力尋找隨機數，誰家找到隨機數，就認可了這個區塊。一般而言，當節點擁有全網n%的算力時，該節點n%的概率找到區塊鏈哈希值。

可以說， PoW的過程是系統外輸入，即需要大量的運算，在這個過程中，需要成本的消耗。大量的運算需要更高的算力，從而產生了PoW挖礦的一系列產業生態。從上游的芯片設計公司、芯片生產企業；到中游的整機制造業；再到礦機運送到礦場，選取低廉的電力，連接到礦池，最后拿到區塊的獎勵。

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PoW挖礦是為了追求區塊的獎勵，從金融層面來看，是追求一個中期的看漲期權。但從套利來講是一種非確定性套利。因為挖礦的難度和價格的曲線一般不會完全匹配，礦工需要承擔價格暴漲暴跌與獲利之間的時間差等風險。由此當比特幣市場價格低于挖礦成本價時，礦工會選擇關機等待，高點賣幣從而獲得較高的收益等。

從PoW機制的過程來看，其優勢明顯，是完全的去中心化，允許節點自由進入。但其也存在一些問題。首先是其依賴機器進行運算并獲取記賬權的過程造成了巨大的資源消耗。每次達成共識需要全網共同參與計算，性能效率較低。此外，全球芯片廠商壟斷芯片，廉價電力需求造成挖礦集中在某些國家和地區等。礦工要承擔周期性的風險。當其中的開發者和礦工產生分歧時，不利于區塊鏈快速迭代，例如此前的擴容之爭，這里不多做表述。但總體來看，這是迄今為止分配最公平并且最安全的共識機制。

權益證明（Proof of Stake，簡稱PoS）：由“Quantum Mechanic”2011年在比特幣論壇上首先提出，后經Peercoin（點點幣）和NXT（未來幣）以不同的思路實現。

PoS共識機制要求節點提供擁有一定數量的代幣證明來獲取競爭區塊鏈記賬權的一種分布式共識機制。如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然形成更極端的馬太效應，所以在持幣多少上會加入其它因素的限制，保證一定的公平性。未來以太坊也會從目前的POW機制轉換的POS機制。

如果說，PoW中，用戶采用1萬美元購買礦機并加入網絡來挖礦以此產生區塊，從而獲得獎勵。那么在PoS中，用戶可以拿同樣1萬美元購買等價的代幣，將代幣當做押金放入PoS機制中，這樣用戶就有機會產生新區快而得到獎勵，不過PoS依賴于系統內輸出，跟現實世界沒有直接關聯，這是一個產生新幣并分發給投票用戶的過程，是通脹性收益方式。

PoS的優點顯而易見，它根據每個節點所占代幣的比例和時間，等比例的降低挖礦難度，從而加快找到隨機數的速度。在一定程度上縮短了共識達成的時間，不再需要大量消耗能源去挖礦。但PoS同樣是不完美的，還是需要進行“挖礦”，本質上沒有解決商業應用的痛點，理論上還存在其他攻擊的影響（例如以太坊的DAO攻擊事件，造成以太坊硬分叉，ETC出現證明硬分叉的失敗）。

反映到用戶參與度上，PoS實際上對小額持幣人并不友好。類比傳統金融中，大金融機構收益較高。PoS的收益和幣齡和持幣數量有關，所以對小額的持幣者不友好，普通投資人很難有效參與到PoS的生態。PoW是通過礦機，通過物理來產生收益，而PoS通過數字資產的投票。投票過程中，勢必會觸碰到核心資產的安全，所以資產安全門檻高。抵押代幣，即持幣人鎖倉的過程總，時間較長，持幣人要承擔較高的機會成本。

不過，因為PoS還處于早期，其通脹性收益仍存在較好的套利機會。此外，隨著市場上一系列相應的金融衍生方式的出現，用戶或許可以通過獲得較為安全專業的服務，增加更多的確定性收益。

市場上有很多聲音指出，2019年或許是PoS挖礦的元年，正是看中了其存在的早期參與并獲利的優勢。可以說，PoW發展了10年時間已達到百億美金的市值，而PoS剛剛起步，目前全球已有80多條公鏈支持PoS，預計會成為一個獨角獸。

股份授權證明（DPoS機制）：它與PoS的主要區別在于節點選舉若干代理人，由代理人驗證和記賬。

DPoS機制類似于董事會投票，持幣人透出一定數量的節點，進行代理驗證和記賬。DPoS機制投票模式可以每30秒產生一個區塊，并且在正常網絡條件下，區塊鏈分叉的可能性及其小，即使發生也可以較快的得到解決。過程簡化為：成為網絡代表；授權投票；保持忠誠；抵抗攻擊。

DPoS讓同步確認的節點越來越少，其速度也會越來越快，EOS只有21個節點，某些DPOS公鏈只有19個節點。在DPOS的基礎上，公鏈項目開始打開了更多的思路，因為DPOS已經開始了弱中心化的趨勢。但該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對于代幣的依賴，而在很多商業應用中并不需要代幣的存在。

從PoW、PoS到DPoS，人們的探索并未停止。諸如投注共識（以太坊下一代共識機制Casper引入的全新概念，屬于PoS）、瑞波共識機制（初始節點列表像一個俱樂部，新成員的接納需要俱樂部中51%會員投票通過）、Pool驗證池、實用拜占庭容錯、授權拜占庭容錯、帕克索斯算法等。

時至今日，沒有一種共識機制是完美無缺的，這意味著沒有一種共識機制是適合所有的應用場景的。也許在未來——生命會自己找到出路。

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