以太坊2.0共識(shí)機(jī)制pos

1、如何看待以太坊ETH2.0?

目前，ETH2.0已經(jīng)成為行業(yè)最為關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著比特幣減半的結(jié)束，行業(yè)關(guān)注重新回歸到項(xiàng)目推進(jìn)和技術(shù)發(fā)展的本質(zhì)上面。無論是行情還是長期發(fā)展趨勢(shì)，最終都要落到技術(shù)和應(yīng)用上面。行業(yè)的整體推進(jìn)才是支撐行情發(fā)展的最關(guān)鍵因素。

隨著圈外對(duì)以比特幣為代表的加密貨幣的認(rèn)識(shí)越來越深入，也隨著更多投資者的入局，由減半帶來的牛市期待并沒有隨著減半結(jié)束而消失，反而形成更加強(qiáng)勢(shì)的能量。

這其中起到主導(dǎo)作用的便是以以太坊為代表的行業(yè)技術(shù)發(fā)展和迭代帶來的效應(yīng)。

ETH2.0無疑是最具代表的技術(shù)更迭。隨著ETH2.0的到來，在很大程度上將改善公鏈性能差的巨大瓶頸，為應(yīng)用帶來更多新的可能。

以太坊也隨著自身發(fā)展成為行業(yè)重要的底層技術(shù)支撐，目前以太坊已經(jīng)在越來越多的報(bào)告中出現(xiàn)，主流應(yīng)用中除了聯(lián)盟鏈之外，考慮最多就是以太坊。

而以太坊創(chuàng)始人V神明確表示，以太坊可能成為眾多央行數(shù)字貨幣 CBDC 的無許可平臺(tái)。

以太坊正在積極向主流社會(huì)應(yīng)用相結(jié)合的推進(jìn)當(dāng)中。

目前，以太坊的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)已經(jīng)初步顯示，IntoTheBlock在深入分析研究比特幣和以太坊的網(wǎng)絡(luò)影響后，發(fā)現(xiàn)以太坊的計(jì)算和跟蹤要容易得多。

IntoTheBlock數(shù)據(jù)顯示，以太坊網(wǎng)絡(luò)上總共有3857萬個(gè)地址，并且余額保持平衡。研究還發(fā)現(xiàn)，以太坊作為DeFi基礎(chǔ)設(shè)施有可能進(jìn)一步放大這些網(wǎng)絡(luò)影響。隨著越來越多的開發(fā)人員致力于改善以太坊的基礎(chǔ)層，將在其上構(gòu)建更多的DApp，進(jìn)而將吸引更多用戶。

正是因?yàn)橐蕴痪邆涓訌V泛的應(yīng)用范圍，以太坊的網(wǎng)絡(luò)使用量保持持續(xù)穩(wěn)步增長。

據(jù)AMBCrypto 5月13日消息，etherscan數(shù)據(jù)顯示，無論價(jià)格如何變動(dòng)，以太坊的網(wǎng)絡(luò)使用量自2020年初以來一直在穩(wěn)步增長。以太坊每日交易數(shù)量從1月1日的466,526筆，一路飆升至5月11日的887,554筆；與此同時(shí)，ETH獨(dú)立地址數(shù)量也從2019年12月31日的8,390萬個(gè)，增加到了2020年5月11日的9,700萬個(gè)。

最重要的是，目前對(duì)區(qū)塊鏈的應(yīng)用當(dāng)中，尤其是公鏈的隱私和監(jiān)管成為限制公鏈發(fā)展的最主要因素之一，而最近以太坊混幣平臺(tái)Tornado.cash推出保證財(cái)務(wù)隱私的合規(guī)工具，允許用戶通過輸入Tornado.cash憑證生成合規(guī)報(bào)告。這意味著用戶可生成基于以太坊地址存取款交易歷史的密碼學(xué)證明，顯示提款地址中持有資產(chǎn)的來源，同時(shí)又不會(huì)泄漏自己的財(cái)務(wù)隱私。

這一工具的的推出，對(duì)于解決公鏈的老大難：隱私和監(jiān)管，都具有非常積極的意義。

正是因?yàn)橐蕴患夹g(shù)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)化，加快了區(qū)塊鏈在向應(yīng)用推進(jìn)進(jìn)程，以太坊也成為行業(yè)重要代言代表，這一現(xiàn)象當(dāng)然也會(huì)推動(dòng)行情發(fā)展的重要因素。

我們看到，自今年以來，以太坊代幣ETH價(jià)格今年已上漲近 50％，這就是項(xiàng)目價(jià)值發(fā)展的最好證明。

正是因?yàn)橐蕴坏耐瞥霰憩F(xiàn)，加上2.0技術(shù)的迭代可能帶來的區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，使得以太坊成為了推動(dòng)牛市到來的關(guān)鍵性因素。

ETH2.0營造更加公平的網(wǎng)絡(luò)

在以太坊向2.0的進(jìn)化中，共識(shí)機(jī)制的改變一直都是關(guān)注的焦點(diǎn)，以太坊將從原來的POW共識(shí)轉(zhuǎn)換為POS共識(shí)。

共識(shí)機(jī)制的轉(zhuǎn)變，帶來的是整個(gè)以太坊的經(jīng)濟(jì)模型的顛覆式改變，原來的挖礦模式將被Staking經(jīng)濟(jì)模式完全取代。Staking經(jīng)濟(jì)模式，采用的是質(zhì)押、投票的挖礦模式，只要持有規(guī)定的代幣，并且按照規(guī)則進(jìn)行質(zhì)押，就可以成為節(jié)點(diǎn)，深度參與項(xiàng)目的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)挖礦收益。

ETH2.0中，規(guī)定用戶只要質(zhì)押32個(gè)ETH就可以成為共識(shí)節(jié)點(diǎn)。

對(duì)用戶來說，這是一種更加友好的經(jīng)濟(jì)模式，將大幅度降低節(jié)點(diǎn)或者項(xiàng)目參與的門檻，從而表現(xiàn)更加開放屬性，也就意味著會(huì)有更多用戶可以參與到網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)當(dāng)中。

參與人數(shù)越多，其去中心化程度就會(huì)越高，也更加容易建設(shè)更加公平的網(wǎng)絡(luò)，這實(shí)際上正是區(qū)塊鏈精神的重要本質(zhì)屬性之一。

由POS帶來的經(jīng)濟(jì)模型，會(huì)為以太坊帶來兩個(gè)質(zhì)的飛躍：

首先，營造更加公平的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

ETH2.0中，擁有32個(gè)代幣就能夠成為共識(shí)節(jié)點(diǎn)共同參與以太坊網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和建設(shè)，這個(gè)條件并不高，這就意味著更多的用戶能夠參與到其中。人數(shù)越多，共識(shí)越廣泛，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相對(duì)更加公平。

換句話說，以太坊的節(jié)點(diǎn)越多，去中心化程度就越高，公平和安全程度就越高。而以太坊2.0中，設(shè)置的低門檻進(jìn)入方式，相當(dāng)于向所有用戶完全敞開大門，使其鋪開一張巨大的網(wǎng)絡(luò)，共同維護(hù)以太坊。

相對(duì)于EOS中的21個(gè)節(jié)點(diǎn)模式，以太坊顯然可以更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)治理，解決EOS公鏈出現(xiàn)的最大問題，以及由此帶來的安全信任的危機(jī)。

長期鎖定代幣的規(guī)定則可以更好地保證穩(wěn)定的運(yùn)營。

Vitalik Buterin 在推特上表示，而以太坊社群正在努力通過構(gòu)建智能合約將中間人的功能全部去中心化。

因此，在POS機(jī)制下的以太坊2.0能夠最大限度地發(fā)揮更多用戶的參與作用，帶來的更加公平的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

其次，創(chuàng)造難以預(yù)料的用戶增長和經(jīng)濟(jì)增長。

通過Staking模式的質(zhì)押和委托，以太坊將迎來新的增長甚至爆發(fā)式的發(fā)展期。

一、由于參與門檻的降低，用戶進(jìn)入以太坊的機(jī)會(huì)更多，可以吸引更多的用戶流量。

實(shí)際上，根據(jù)最近的數(shù)據(jù)來看，很多用戶已經(jīng)開始為此做準(zhǔn)備， 持有超過 32 個(gè)以太幣的地址（7 日平均）在周三創(chuàng)下歷史新高，為 11.5 萬個(gè)，今年的增長率超 4％。

這個(gè)數(shù)據(jù)恰好可以看出，用戶對(duì)2.0的看好，并且已經(jīng)開始做準(zhǔn)備。

據(jù)Cointelegraph 5月8日消息，ConsenSys發(fā)布一份報(bào)告，研究了ETH持有人的權(quán)益和托管偏好。該報(bào)告發(fā)現(xiàn)，一旦ETH 2.0的第一階段完成，三分之二的以太坊投資者計(jì)劃將其代幣進(jìn)行抵押。還有三成以上的人打算通過第三方提供商進(jìn)行抵押的ETH持有者。在287名受訪者中，大部分表示計(jì)劃使用第三方提供商進(jìn)行抵押，占33.1%

二、新共識(shí)機(jī)制下的委托和質(zhì)押可能會(huì)創(chuàng)造更加龐大的經(jīng)濟(jì)增長機(jī)會(huì)。

目前，以POS為基礎(chǔ)的Stking經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)模式的主流，大部分公鏈都采用POS共識(shí)機(jī)制，而這一機(jī)制的流行將極大地推動(dòng)更加廣泛的數(shù)字應(yīng)用的出現(xiàn)。而以太坊2.0性能極大地提高的前提下，Staking經(jīng)濟(jì)模式將大規(guī)模爆發(fā)，構(gòu)建龐大經(jīng)濟(jì)模型下的數(shù)字經(jīng)濟(jì)體系，這必然會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)增長的擴(kuò)大。

我們知道，以太坊已經(jīng)將發(fā)展定位從“世界計(jì)算機(jī)”改為“全球結(jié)算層”，就是在強(qiáng)化其金融屬性，這也是其推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長模式的重要原因之一。

我個(gè)人不是特別看好以太坊2.0。

以目前以太坊的發(fā)展情況來看，以太坊已經(jīng)成為了世界上最大的一條公鏈，這點(diǎn)毫無疑問。伴隨著以太坊得進(jìn)一步發(fā)展，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈行業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。

一、我先講一下關(guān)于目前以太坊的現(xiàn)狀。

以太坊在這一次牛市中非常亮眼，換而言之，這一次的牛市就是因?yàn)橐蕴簧厦娴膽?yīng)用而拉起的。目前的以太坊有幾個(gè)困境：第1個(gè)困境是交易費(fèi)率太高，嚇跑了很多人。第2個(gè)困境是交易速度太慢，網(wǎng)絡(luò)擁堵問題非常嚴(yán)重。第3個(gè)困境是交易相對(duì)繁瑣，其他公鏈顯然要優(yōu)于以太坊。這正是以太坊需要破局的地方，當(dāng)以太坊升級(jí)到2.0以后，這些問題都會(huì)相應(yīng)解決。

二、以太坊2.0動(dòng)了很多人的蛋糕。

這個(gè)道理非常簡單，目前的以太坊是工作證明模式，也就是我們經(jīng)常提到的pow模式。如果把這種模式改成pos模式，看上去確實(shí)好了很多，但這也直接傷害了很多礦工的利益。試想一下，正是因?yàn)榈V工才把以太坊推到如今的高度。如果以太坊成功過渡到了2.0，那個(gè)時(shí)候的POS模式已經(jīng)不需要礦工了，礦工可能會(huì)集體出逃。

三、以太坊2.0已經(jīng)失去了去中心化的特征。

之所以以太坊可以做得起來，一方面跟以太坊本身的技術(shù)能力有關(guān)，同時(shí)也跟以太坊的去中心化有關(guān)，去中心化不正是以太坊的核心增長力嗎？如果以太坊正式升級(jí)2.0，35個(gè)以太坊的質(zhì)押實(shí)在是太高了，幾乎沒有散戶可以承受，那個(gè)時(shí)候的以太坊會(huì)變成嚴(yán)重中心化的產(chǎn)品。雖然很多人非?？春靡蕴?.0，但我覺得2.0可能會(huì)遭遇重大危機(jī)，讓我們拭目以待吧。

ETH2.0的推進(jìn)是一個(gè)漫長且復(fù)雜的過程，需要一步一步循序漸進(jìn)的部署完善，所以，在現(xiàn)階段來說，行業(yè)或許對(duì)于ETH2.0設(shè)置的12月1日這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)過于激動(dòng)，也過于高估其到來的價(jià)值。但不得不說12月1日這個(gè)消息背后還是暗藏巨大機(jī)會(huì)的。 ETH2.0的推進(jìn)是一個(gè)漫長且復(fù)雜的過程，需要一步一步循序漸進(jìn)的部署完善，一定程度上能刺激波卡、cosmos等跨鏈項(xiàng)目加快開發(fā)進(jìn)程 太坊ETH2.0不怎么好，雖然它的牛市非常的亮眼，但是交易率實(shí)在太高了，交易的速度也非常的慢，存在很多問題，交易太過于繁瑣。

2、一文了解以太坊挖礦算法及算力規(guī)模2020-09-09

以太坊網(wǎng)絡(luò)中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前以太坊也是采用POW共識(shí)機(jī)制，但是與比特幣的POW挖礦有點(diǎn)不一樣，以太坊挖礦難度是可以調(diào)節(jié)的。以太坊系統(tǒng)有一個(gè)特殊的公式用來計(jì)算之后的每個(gè)塊的難度。如果某個(gè)區(qū)塊比前一個(gè)區(qū)塊驗(yàn)證的更快，以太坊協(xié)議就會(huì)增加區(qū)塊的難度。通過調(diào)整區(qū)塊難度，就可以調(diào)整驗(yàn)證區(qū)塊所需的時(shí)間。

以太坊采用的是Ethash 加密算法，在挖礦的過程中，需要讀取內(nèi)存并存儲(chǔ) DAG 文件。由于每一次讀取內(nèi)寸的帶寬都是有限的，而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)又很難在這個(gè)問題上有質(zhì)的突破，所以無論如何提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率，內(nèi)存讀取效率仍然不會(huì)有很大的改觀。因此，從某種意義上來說，以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”。

加密算法的不同，導(dǎo)致了比特幣和以太坊的挖礦設(shè)備、算力規(guī)模差異很大。

目前，比特幣挖礦設(shè)備主要是專業(yè)化程度非常高的ASIC 礦機(jī)，單臺(tái)礦機(jī)的算力最高達(dá)到了 112T/s（神馬M30S++礦機(jī)），全網(wǎng)算力的規(guī)模達(dá)到139.92EH/s。

以太坊的挖礦設(shè)備主要是顯卡礦機(jī)和定制GPU礦機(jī)，專業(yè)化的ASIC礦機(jī)非常少，一方面是因?yàn)橐蕴煌诘V算法的“抗 ASIC 性”提高了研發(fā)ASIC礦機(jī)的門檻，另一方面是因?yàn)橐蕴簧?jí)到2.0之后共識(shí)機(jī)制會(huì)轉(zhuǎn)型為PoS，礦機(jī)無法繼續(xù)挖。

和ASIC礦機(jī)相比，顯卡礦機(jī)在算力上相差了2個(gè)量級(jí)。目前，主流的顯卡礦機(jī)（8卡）算力約為420MH/s，比較領(lǐng)先的定制GPU礦機(jī)算力約在500M~750M，以太坊全網(wǎng)算力約為235.39TH/s。

從過去兩年的時(shí)間維度上看，以太坊的全網(wǎng)算力增長相對(duì)緩慢。

以太坊協(xié)議規(guī)定，難度的動(dòng)態(tài)調(diào)整方式是使全網(wǎng)創(chuàng)建新區(qū)塊的時(shí)間間隔為15秒，網(wǎng)絡(luò)用15秒時(shí)間創(chuàng)建區(qū)塊鏈，這樣一來，因?yàn)闀r(shí)間太快，系統(tǒng)的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時(shí)間發(fā)動(dòng)51%（也就是半數(shù)以上）的算力去修改歷史數(shù)據(jù)。

3、以太坊2.0未來的發(fā)展如何?

以太坊 2.0 升級(jí)，最核心的是以太坊 2.0 分片和 PoS 共識(shí)機(jī)制。采用 PoS 共識(shí)機(jī)制是為了提高以太坊協(xié)議的能源效率以及增加以太坊區(qū)塊鏈的安全性。以太坊 2.0 分片，使得以太鏈不再需要通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)來處理鏈上的每筆交易。

在分片系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需處理約 1% 的交易或更少，從而極大地提高了區(qū)塊鏈的效率。實(shí)現(xiàn)ETH2.0以后不僅網(wǎng)絡(luò)性能得到大幅提升，投資者也可以減少重資產(chǎn)的投入(+slf0037)。共識(shí)協(xié)議Casper及分片技術(shù)落地，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的底層協(xié)議作出巨大的改變，還進(jìn)一步推動(dòng)了區(qū)塊鏈擴(kuò)容技術(shù)向前發(fā)展，不斷達(dá)到商用的標(biāo)準(zhǔn)。截至2021年1月7日16時(shí)已經(jīng)有超過230萬個(gè)ETH被鎖定在該網(wǎng)絡(luò)中，占以太坊總供應(yīng)量的2%。然而，這仍然只是更新的第一階段。據(jù)官方消息，Uniswap v3已部署到以太坊主網(wǎng)。根據(jù)官方文章，Uniswap v3是該協(xié)議迄今為止功能最強(qiáng)大的版本，集中式流動(dòng)性為流動(dòng)性提供者提供了空前的資本效率，為交易者提供了更好的執(zhí)行力，以及去中心化金融的核心基礎(chǔ)設(shè)施。就以太坊路線圖而言，V神表示，隨著合并日期的臨近，路線圖的許多方面越來越變得切實(shí)可行，樂觀估計(jì)今年年底可以完成升級(jí)，在合并后，執(zhí)行鏈會(huì)在共識(shí)鏈內(nèi)部運(yùn)行，每個(gè)信標(biāo)鏈區(qū)塊會(huì)包括一個(gè)來自執(zhí)行鏈的區(qū)塊。他還表示，合并需要許多復(fù)雜技術(shù)，目的是讓整個(gè)過程盡可能簡單，對(duì)于用戶、客戶端、開發(fā)者、智能合約來說，合并會(huì)更加順暢，用戶無需過多擔(dān)心。目前許多中心化交易所、去中心化交易所、去中心化質(zhì)押協(xié)議和基礎(chǔ)服務(wù)商都進(jìn)入了以太坊2.0的Staking賽道。不難想象之后會(huì)有更多的服務(wù)商涌現(xiàn)，而以太坊2.0 Staking板塊也將會(huì)成為交易所和錢包的標(biāo)配。那么 ETH 1.0 的 PoW 鏈，究竟還能挖多久？目前并沒有一個(gè)明確的答案。但可以確定的是，在以太坊由 PoW 徹底轉(zhuǎn)變?yōu)?PoS 之前，以太坊基金會(huì)必須用足夠長的時(shí)間來向大家證明 PoS 鏈?zhǔn)前踩?。這樣才能讓所有開發(fā)者和用戶放心的完成切換，從而使整個(gè)價(jià)值超過 1000 億美金的生態(tài)體系真正的、完全的運(yùn)行在信標(biāo)鏈上。

沒有人知道完成工程的推進(jìn)，需要花多長時(shí)間，這是個(gè)很大的未知數(shù)，并且這些未知數(shù)可能是以太坊 2.0 轉(zhuǎn)換的很大阻力。因此，我們樂觀估計(jì) PoW 鏈至少還可以持續(xù)挖兩到三年。

鏈喬教育在線旗下學(xué)碩創(chuàng)新區(qū)塊鏈技術(shù)工作站是中國教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心開展的“智慧學(xué)習(xí)工場2020-學(xué)碩創(chuàng)新工作站 ”唯一獲準(zhǔn)的“區(qū)塊鏈技術(shù)專業(yè)”試點(diǎn)工作站。專業(yè)站立足為學(xué)生提供多樣化成長路徑，推進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生產(chǎn)學(xué)研結(jié)合培養(yǎng)模式改革，構(gòu)建應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)體系。

最近以太坊進(jìn)行了伊斯坦布爾硬分叉升級(jí)，由于更多面向的是開發(fā)者，市場反饋并不強(qiáng)。本期視頻將為大家講解以太坊進(jìn)入 2.0 后的變化，發(fā)展趨勢(shì)，以及背后的價(jià)值支撐。

4、以太坊技術(shù)系列-以太坊共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈的特點(diǎn)之一是去中心化。也就是節(jié)點(diǎn)會(huì)分布在各個(gè)地方組成分布式系統(tǒng)。各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)1個(gè)問題達(dá)成一致，理想情況下，只需要同步狀態(tài)即可。

如上圖所示 B節(jié)點(diǎn)將a=1=> a=2的狀態(tài)同步給  ACDE四個(gè)節(jié)點(diǎn)，這時(shí)系統(tǒng)中狀態(tài)變?yōu)閍=2, 但如果其中有惡意節(jié)點(diǎn) AE 收到通知后把a(bǔ)=1=>a=3修改為錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候大家的狀態(tài)就不一致了，此時(shí)需要共識(shí)機(jī)制使系統(tǒng)中得到1個(gè)唯一正確的狀態(tài)。

如上面說到分布式系統(tǒng)存在惡意節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)中狀態(tài)不一致的情況有1個(gè)比較著名的虛擬問題-拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題是指，N個(gè)將軍去攻打一座城堡，如果大于一定數(shù)量的將軍同時(shí)進(jìn)攻則可以攻打成功，如果小于則進(jìn)攻失敗。將軍中可能存在叛徒。

這個(gè)時(shí)候有2種情況

1.如果2個(gè)叛徒都在BCDE中，那么共識(shí)算法需要讓其余2個(gè)將軍聽從A的正確決策進(jìn)攻城堡。

2.如果A是1個(gè)叛徒，共識(shí)算法需要讓BCDE中剩余的3個(gè)忠誠將軍保持一致。

這個(gè)問題有很多種解法，大家有興趣可以自行查閱(推薦學(xué)習(xí)PBFT)，我們重點(diǎn)來看看以太坊中目前正在使用的Nakamoto 共識(shí)和將要使用的 Casper Friendly Finality Gadget共識(shí)是如何解決拜占庭將軍問題的。

說到Nakamoto共識(shí)和Casper Friendly Finality Gadget共識(shí)可能大家不太熟悉，但他們的部分組成應(yīng)該都比較熟悉-POW(工作量證明)和POS(權(quán)益證明)。

POW或POS稱之為Sybil抗性機(jī)制，為什么需要Sybil抗性機(jī)制呢，剛剛我們說到拜占庭將軍問題，應(yīng)該很容易看出惡意節(jié)點(diǎn)越多，達(dá)成正確共識(shí)的難度也就越大，Sybil攻擊就是指1個(gè)攻擊者可以偽裝出大量節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行攻擊，Sybil抗性是指抵御這種攻擊能力。

POW通過讓礦工或驗(yàn)證者投入算力，POS通過讓驗(yàn)證者質(zhì)押以太坊，如果攻擊者要偽裝多個(gè)節(jié)點(diǎn)攻擊則必將投入大量的算力或資產(chǎn)，會(huì)導(dǎo)致攻擊成本高于收益。在以太坊中保障的安全性是除非攻擊者拿到整個(gè)系統(tǒng)51%算力或資產(chǎn)否則不可能進(jìn)攻成功。

在解決完Sybil攻擊后，通過選取系統(tǒng)中的最長鏈作為大家達(dá)成共識(shí)的鏈。

很多人平時(shí)為了簡化將pow和pos認(rèn)為是共識(shí)機(jī)制，這不夠準(zhǔn)確，但也說明了其重要作用，我們接下來分析pow和pos。

通過hash不可逆的特性，要求各個(gè)礦工不停地計(jì)算出某個(gè)值的hash符合某一特征，比如前多少位是000000，由于這個(gè)過程只能依賴不停的試錯(cuò)計(jì)算hash,所以是工作量證明。計(jì)算完成后其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的值符合hash特征非常容易驗(yàn)證。驗(yàn)證通過則成為成為合法區(qū)塊(不一定是共識(shí)區(qū)塊，需要在最長鏈中)。

以太坊中的挖礦算法用到2個(gè)數(shù)據(jù)集，1個(gè)小數(shù)據(jù)集cache,1個(gè)大數(shù)據(jù)集DAG。這2個(gè)數(shù)據(jù)集會(huì)隨著區(qū)塊鏈中區(qū)塊增多慢慢變大，初始大小cache為16M DAG為1G。

我們先來看這2個(gè)數(shù)據(jù)集的生成過程

cache生成規(guī)則為有1個(gè)種子隨機(jī)數(shù)seed，cache中第1個(gè)元素對(duì)seed取hash，后面數(shù)組中每個(gè)元素都是前1個(gè)元素取hash獲得。

DAG生成規(guī)則為 找到cache中對(duì)應(yīng)的元素后 根據(jù)元素中的值計(jì)算出下次要尋找的下標(biāo)，循環(huán)256次后獲得cache中最終需要的元素值進(jìn)行hash計(jì)算得到DAG中元素的值。

然后我們?cè)倏纯吹V工如何進(jìn)行挖礦以及輕節(jié)點(diǎn)如何驗(yàn)證

礦工挖礦的過程為，選擇Nonce值映射到DAG中的1個(gè)item，通過item中的值計(jì)算出下次要找的下標(biāo)，循環(huán)64次，得到最終item，將item中的值hash計(jì)算得到結(jié)果，結(jié)果和target比較，符合條件

則證明挖到區(qū)塊，如果不符合則更換nonce繼續(xù)挖礦。礦工在挖礦過程中需要將1G的DAG讀取到內(nèi)存中。

輕節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證過程和礦工挖礦過程基本一致，

將塊頭里面的Nonce值映射到DAG中的1個(gè)item，然后通過cache數(shù)組計(jì)算出該item的值，通過item中的值計(jì)算出下次要找的下標(biāo)，循環(huán)64次，得到最終item，將item中的值hash計(jì)算得到結(jié)果，結(jié)果和target比較，符合條件則驗(yàn)證通過。輕節(jié)點(diǎn)在驗(yàn)證過程中不需要將1G的DAG讀取到內(nèi)存中。每次用到DAG的item值都使用cache進(jìn)行計(jì)算。

以太坊為什么需要這2個(gè)不同大小的數(shù)組進(jìn)行輔助hash運(yùn)算呢，直接進(jìn)行hash運(yùn)算會(huì)有什么問題？

如果只是進(jìn)行重復(fù)計(jì)算會(huì)導(dǎo)致挖礦設(shè)備專業(yè)化，減少去中心化程度。因?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｊ褂玫挠?jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算力是都需要的，如果挖礦只需要hash運(yùn)算，挖礦設(shè)備則會(huì)設(shè)計(jì)地?fù)碛谐咚懔?，但?duì)內(nèi)存可以縮小到很小甚至沒有。所以我們選用1G的大內(nèi)存增加對(duì)內(nèi)存訪問的頻率，增加挖礦設(shè)備對(duì)內(nèi)存訪問需求，從而更接近于我們?nèi)粘Ｊ褂玫挠?jì)算機(jī)。

我們看看在Nakamoto共識(shí)是如何解決拜占庭將軍問題的。首先看看區(qū)塊鏈中的拜占庭將軍問題是什么？

區(qū)塊鏈中需要達(dá)成一致的是哪條鏈為主鏈，雖然采用了最長鏈原則，但由于分叉問題，還是會(huì)帶來拜占庭將軍問題。

本來以太坊pow目標(biāo)是抵抗51%以下的攻擊，但如上圖如果惡意節(jié)點(diǎn)沿著自己挖出的區(qū)塊不斷挖礦，由于主鏈上有分叉存在，惡意節(jié)點(diǎn)不需要達(dá)到51%算力就可以超過主鏈進(jìn)而成為新的主鏈，為此以太坊使用了ghost協(xié)議給上圖中的B1和C1也分配出塊獎(jiǎng)勵(lì)，盡快合并到主鏈中，這樣主鏈長度(按照合并后的總長度算，長度只是抽象概念，以太坊中按照區(qū)塊權(quán)重累加)還是大于惡意節(jié)點(diǎn)自己挖礦的。

網(wǎng)絡(luò)中的用戶通過質(zhì)押一定數(shù)量的以太坊成為驗(yàn)證者。每次系統(tǒng)從這些驗(yàn)證者從隨機(jī)選擇出區(qū)塊創(chuàng)建者，其余驗(yàn)證者去驗(yàn)證創(chuàng)建出的區(qū)塊是否合法。驗(yàn)證者會(huì)獲得出塊獎(jiǎng)勵(lì)，沒有被選中的區(qū)塊不進(jìn)行驗(yàn)證則會(huì)被扣除一定質(zhì)押幣，如果進(jìn)行錯(cuò)誤驗(yàn)證則會(huì)被扣除全部質(zhì)押幣。

如上圖，權(quán)益證明在每隔一定區(qū)塊的地方設(shè)置一個(gè)檢查點(diǎn)，對(duì)前面的區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證，2/3驗(yàn)證者通過則驗(yàn)證通過，驗(yàn)證通過則該區(qū)塊所在鏈成為最長合法鏈(不能被回滾)。

我們簡化地只分析了權(quán)益證明本身，在以太坊中權(quán)益證明較為復(fù)雜的點(diǎn)在于和分片機(jī)制結(jié)合在一起時(shí)的運(yùn)行流程，這部分會(huì)在后面單獨(dú)將分片機(jī)制的一篇文章中詳述。

本篇文章主要討論了共識(shí)機(jī)制是解決分布式系統(tǒng)中的拜占庭將軍問題，以及分析了以太坊中的共識(shí)機(jī)制一般包括最長鏈選擇和一種sybil抗性機(jī)制(pow或pos)。重點(diǎn)分析了pow和pos的流程以及設(shè)計(jì)思想。后續(xù)將開始重點(diǎn)討論智能合約的部分。

5、以太坊pos模式是什么意思

POS是一種在公鏈中的共識(shí)算法，可作為POW算法的一種替換。POW是保證比特幣、當(dāng)前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制，但是POW算法在挖礦過程中因破壞環(huán)境和浪費(fèi)電力而受到指責(zé)。POS試圖通過以一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。
【拓展資料】
POS機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計(jì)算機(jī)硬件的稀缺性來防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。在POW中，一個(gè)用戶可能拿1000美元來買計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來挖礦產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。而在POS中，用戶可以拿1000美元購買等價(jià)值的代幣，把這些代幣當(dāng)作押金放入POS機(jī)制中，這樣用戶就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生新塊而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在POW中，如果用戶花費(fèi)2000美元購買硬件設(shè)備，當(dāng)然會(huì)獲得兩倍算力來挖礦，從而獲得兩倍獎(jiǎng)勵(lì)。同樣，在POS機(jī)制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機(jī)會(huì)獲得產(chǎn)生新區(qū)塊的權(quán)利。
眾所周知，第三季度的“DeFi熱”促使以太坊網(wǎng)絡(luò)上的交易量大幅增加，DappRadar 2020 Q3 Dapp報(bào)告指出，以太坊交易量在2020年第三季度猛增至1195億美元，與第二季度相比增長了近1200%，但隨著而來的是網(wǎng)絡(luò)堵塞，交易費(fèi)猛增。在今年9月9日，以太坊平均交易費(fèi)用達(dá)到14美元的高度，刷新歷史記錄。因費(fèi)用飆升，導(dǎo)致許多交易只能延遲。
EOS創(chuàng)始人BM感嘆稱：對(duì)于大多數(shù)正常規(guī)模的交易來說，以太坊交易費(fèi)用太高了。
目前的以太坊仍然面臨多重問題，首先老生常談的是上面提到的交易處理，以太坊網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)千個(gè)去中心化應(yīng)用程序，每秒都需要處理大量交易，而采用PoW共識(shí)機(jī)制的以太坊1.0，每秒只能處理約10-50筆交易，遠(yuǎn)小于PayPal、Visa 等中心化網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)無法滿足用戶對(duì)于交易速度的需求。手續(xù)費(fèi)高昂一直是以太坊被詬病的一個(gè)重要的點(diǎn)，V神直言，在rollups和分片完成之前，以太坊別無選擇，只能忍受高額交易費(fèi)。因此以太坊需要升級(jí)。

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