使用pos共識機制的區(qū)塊鏈項目

1、細說區(qū)塊鏈共識機制之POA

POA全稱是proof of activity。他不是一種獨立的共識算法，而是POW和POS混合的算法，目前有唯鏈，歐鏈等采用了POA共識機制。

POA的算法大致流程是這樣的，每個活躍節(jié)點不斷的進行哈希計算，尋找哈希值小于特定值的區(qū)塊頭，區(qū)塊頭中包括前區(qū)塊哈希值，本地節(jié)點的地址，區(qū)塊序號以及nonce值。當節(jié)點找到滿足條件的區(qū)塊頭后，就會向全網(wǎng)廣播這個區(qū)塊頭，所有的活躍節(jié)點收到廣播進行驗證。若驗證通過，則以廣播中的區(qū)塊頭作為數(shù)據(jù)源，導出N個隨機的股權(quán)所有者，所有的活躍節(jié)點判斷自己是否是哪個幸運的股權(quán)人。如果自己是前面N-1個幸運股權(quán)人中的一個，也一度用私鑰對上述的區(qū)塊頭進行簽名。并且將這個簽名在全網(wǎng)廣播。如果自己是第N個幸運股權(quán)持有者，則用這個區(qū)塊頭來構(gòu)建一個新的區(qū)塊，區(qū)塊中包含了自己選出的盡可能多的交易，前N-1個幸運股權(quán)人的簽名還有自己對完整區(qū)塊鏈的哈希值的簽名。然后將這個簽名后的完整節(jié)點在全網(wǎng)廣播。所有的活躍節(jié)點在收到完整節(jié)點之后進行驗證。驗證通過則認為該節(jié)點是一個合法的新區(qū)塊。將其加入?yún)^(qū)塊鏈當中去。

倘若這個區(qū)塊屬于最長鏈，則以他為前區(qū)塊，轉(zhuǎn)回到最初的步驟，否則就做丟棄處理。不難發(fā)現(xiàn)，POA算法要求N個幸運者全部在線，任意一個幸運股權(quán)人不在線都將導致該區(qū)塊丟棄。

這也是活躍證明的由來，POA算法會周期性的統(tǒng)計被丟棄的區(qū)塊數(shù)量。并且按照這個來調(diào)整N的數(shù)值。如果丟棄的區(qū)塊數(shù)量比較多，那么就減少N，否則就增大N.

POA算法的區(qū)塊丟失是一種算力損失。POA算法中。區(qū)塊中的交易費由區(qū)塊的發(fā)布者與n個幸運股權(quán)人共享。

POA算法最重要的是它可以防止非厲害攻擊者。所謂的非厲害攻擊是指具有強大的算法，但是僅僅持有少量的股權(quán)的攻擊者。POA算法中POS部分使得非厲害者得到構(gòu)建區(qū)塊機會是非常少的。應(yīng)該我們無法有效的進行攻擊。

POA算法中，幸運股權(quán)人依靠資本獲利，這個想當持有股篇而獲得股息，這種機制會估計持股人長期持續(xù)這個股權(quán)有利于數(shù)字資產(chǎn)的保值以及減少波動。

POAstay大眾的pow部分，通過哈希算法難度控制了新區(qū)塊頭生成的速度。起到穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，避免分叉的作用。

然而上述優(yōu)點的獲得也是有代價的，pow部分帶來的電力的損耗。而pos部分導致新區(qū)塊頭以及比較大的概率丟失，形成了算力的浪費。

2、區(qū)塊鏈常見的三大共識機制

區(qū)塊鏈是建立在P2P網(wǎng)絡(luò)，由節(jié)點參與的分布式賬本系統(tǒng)，最大的特點是“去中心化”。也就是說在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，用戶與用戶之間、用戶與機構(gòu)之間、機構(gòu)與機構(gòu)之間，無需建立彼此之間的信任，只需依靠區(qū)塊鏈協(xié)議系統(tǒng)就能實現(xiàn)交易。

可是，要如何保證賬本的準確性，權(quán)威性，以及可靠性？區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點為什么要參與記賬？節(jié)點如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節(jié)點間的數(shù)據(jù)一致性？……這些都是區(qū)塊鏈在建立“去中心化”交易時需要解決的問題，由此產(chǎn)生了共識機制。

所謂“共識機制”，就是通過特殊節(jié)點的投票，在很短的時間內(nèi)完成對交易的驗證和確認；當出現(xiàn)意見不一致時，在沒有中心控制的情況下，若干個節(jié)點參與決策達成共識，即在互相沒有信任基礎(chǔ)的個體之間如何建立信任關(guān)系。

區(qū)塊鏈技術(shù)正是運用一套基于共識的數(shù)學算法，在機器之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過技術(shù)背書而非中心化信用機構(gòu)來進行全新的信用創(chuàng)造。

不同的區(qū)塊鏈種類需要不同的共識算法來確保區(qū)塊鏈上最后的區(qū)塊能夠在任何時候都反應(yīng)出全網(wǎng)的狀態(tài)。

目前為止，區(qū)塊鏈共識機制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權(quán)證明、DPOS授權(quán)股權(quán)證明、Paxos、PBFT（實用拜占庭容錯算法）、dBFT、DAG（有向無環(huán)圖）

接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應(yīng)用場景

概念：

工作量證明機制（Proof of work ），最早是一個經(jīng)濟學名詞，指系統(tǒng)為達到某一目標而設(shè)置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作，通過對工作的結(jié)果進行認證來證明完成了相應(yīng)的工作量。

工作量證明機制具有完全去中心化的優(yōu)點，在以工作量證明機制為共識的區(qū)塊鏈中，節(jié)點可以自由進出，并通過計算隨機哈希散列的數(shù)值解爭奪記賬權(quán)，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點算力的具體表現(xiàn)。

應(yīng)用：

POW最著名的應(yīng)用當屬比特幣。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，在Block的生成過程中，礦工需要解決復雜的密碼數(shù)學難題，尋找到一個符合要求的Block Hash由N個前導零構(gòu)成，零的個數(shù)取決于網(wǎng)絡(luò)的難度值。這期間需要經(jīng)過大量嘗試計算（工作量），計算時間取決于機器的哈希運算速度。

而尋找合理hash是一個概率事件，當節(jié)點擁有占全網(wǎng)n%的算力時，該節(jié)點即有n/100的概率找到Block Hash。在節(jié)點成功找到滿足的Hash值之后，會馬上對全網(wǎng)進行廣播打包區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點收到廣播打包區(qū)塊，會立刻對其進行驗證。

如果驗證通過，則表明已經(jīng)有節(jié)點成功解迷，自己就不再競爭當前區(qū)塊，而是選擇接受這個區(qū)塊，記錄到自己的賬本中，然后進行下一個區(qū)塊的競爭猜謎。網(wǎng)絡(luò)中只有最快解謎的區(qū)塊，才會添加的賬本中，其他的節(jié)點進行復制，以此保證了整個賬本的唯一性。

假如節(jié)點有任何的作弊行為，都會導致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點驗證不通過，直接丟棄其打包的區(qū)塊，這個區(qū)塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節(jié)點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自愿的遵守比特幣系統(tǒng)的共識協(xié)議，也就確保了整個系統(tǒng)的安全。

優(yōu)缺點

優(yōu)點：結(jié)果能被快速驗證，系統(tǒng)承擔的節(jié)點量大，作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。

缺點：需要消耗大量的算法，達成共識的周期較長

概念：

權(quán)益證明機制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權(quán)。

權(quán)益證明機制的運作方式是，當創(chuàng)造一個新區(qū)塊時，礦工需要創(chuàng)建一個“幣權(quán)”交易，交易會按照預先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權(quán)益證明機制根據(jù)每個節(jié)點擁有代幣的比例和時間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數(shù)的速度。

應(yīng)用：

2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin（點點幣），是權(quán)益證明機制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用。PPC最大創(chuàng)新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機制維護網(wǎng)絡(luò)安全。

為了實現(xiàn)POS，Sunny King借鑒于中本聰?shù)腃oinbase，專門設(shè)計了一種特殊類型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時間段，假如你擁有10個幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣，幣齡被消耗（銷毀）了。

優(yōu)缺點：

優(yōu)點：縮短達成共識所需的時間，比工作量證明更加節(jié)約能源。

缺點：本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行挖礦運算，轉(zhuǎn)賬真實性較難保證

概念：

授權(quán)股權(quán)證明機制（Delegated Proof of Stake），與董事會投票類似，該機制擁有一個內(nèi)置的實時股權(quán)人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權(quán)股權(quán)證明在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應(yīng)?；贒PoS機制建立的區(qū)塊鏈的去中心化依賴于一定數(shù)量的代表，而非全體用戶。在這樣的區(qū)塊鏈中，全體節(jié)點投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點代表，由他們來代理全體節(jié)點確認區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運行。

同時，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點具有隨時罷免和任命代表的權(quán)力。如果必要，全體節(jié)點可以通過投票讓現(xiàn)任節(jié)點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現(xiàn)實時的民主。

應(yīng)用：

比特股（Bitshare）是一類采用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念，見證人可以生成區(qū)塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數(shù)中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數(shù)（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經(jīng)充分地去中心化。

見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然后隨機排列，每個見證人按序有2秒的權(quán)限時間生成區(qū)塊，若見證人在給定的時間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個時間片對應(yīng)的見證人。DPoS的這種設(shè)計使得區(qū)塊的生成更為快速，也更加節(jié)能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達成共識，他們投票選出的N個見證人，可以視為N個礦池，而這N個礦池彼此的權(quán)利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人（礦池），只要他們提供的算力不穩(wěn)定，計算機宕機，或者試圖利用手中的權(quán)力作惡。

優(yōu)缺點：

優(yōu)點：縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數(shù)量，從而達到秒級的共識驗證

缺點：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時節(jié)點代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時整個共識機制還是依賴于代幣的增發(fā)來維持代理節(jié)點的穩(wěn)定性。

3、區(qū)塊鏈共識機制之一:POW工作量證明機制

區(qū)塊鏈可以理解為一個不可篡改的公共賬本，所有參與者都能驗證交易并進行記賬，即為分布式賬本。那到底由誰來記賬？又如何保證賬本的一致性、準確性呢？也就是區(qū)塊鏈的共識機制是如何的？

區(qū)塊鏈的共識機制就是解決由誰來記賬（構(gòu)造區(qū)塊），以及如何維護區(qū)塊鏈的一致性問題。目前區(qū)塊鏈項目采用的共識機制有多種，如：POW工作量證明機制，POS權(quán)益證明機制，DPOS股份授權(quán)證明機制等等。本文說明POW工作量證明機制。

區(qū)塊鏈的第一個成功應(yīng)用比特幣系統(tǒng)采用的POW工作量證明機制。即以比特幣系統(tǒng)為例說明POW機制，首先比特幣系統(tǒng)有一套激勵機制讓所有參與者競爭記賬的權(quán)利，即誰擁有記賬權(quán)誰將獲取構(gòu)造新區(qū)塊的比特幣獎勵（目前獎勵為12.5比特幣），同時獲取新區(qū)塊內(nèi)所有交易的手續(xù)費作為獎勵。

參與者如何競爭記賬權(quán)利呢？參與者通過自己的算力計算一道數(shù)學難題，誰先計算的結(jié)果，誰就擁有了記賬的權(quán)利，也就可獲得構(gòu)造新區(qū)塊的獎勵。這道數(shù)學難題就是尋找一個隨機數(shù)Nonce，使得對區(qū)塊頭的哈希計算的結(jié)果小于目標值，Nonce本身是區(qū)塊頭中的一個字段，所以通過不斷的嘗試Nonce的值，以滿足區(qū)塊頭的哈希計算結(jié)果小于目標值。通過動態(tài)調(diào)整目標值，即可調(diào)整計算的Nonce值的難度。

關(guān)于哈希計算Nonce的過程通常類比為擲篩子游戲，基于參與游戲的篩子的個數(shù)通過調(diào)整擲得篩子的點數(shù)可調(diào)整游戲的難度。例如：100個人參與擲篩子，總共有100個篩子，要求擲得點數(shù)為100為贏，則100個人誰先擲得點數(shù)100即為勝利者，即擁有了記賬權(quán)。如果發(fā)現(xiàn)大家擲出100點的時間太快，則可增加難度，要求擲得點數(shù)為80為贏。如果又有100個人參與游戲，則游戲中增加了篩子數(shù)，如：篩子數(shù)增加為200個，同樣通過設(shè)置擲得點數(shù)來調(diào)整游戲的難度。

篩子類似于比特幣網(wǎng)絡(luò)的算力，擲得點數(shù)類似于比特幣網(wǎng)絡(luò)可動態(tài)調(diào)整的目標值。

區(qū)塊鏈以最長的鏈條視為正確的鏈條，如果存在同時出現(xiàn)兩個區(qū)塊，會暫時并行記錄兩個區(qū)塊，后續(xù)再生成的區(qū)塊基于其中的某一個區(qū)塊，將會形成的最長的鏈條作為一致性的鏈條，另外一個區(qū)塊將會被丟棄，比特幣是基于6個區(qū)塊的確認，所以被丟棄的區(qū)塊將不會獲得比特幣系統(tǒng)的獎勵，也就是白白將競爭記賬權(quán)的算力（電費）浪費了?；诠ぷ髁康募睿瑓⑴c者必然盡最大能力構(gòu)造正確的區(qū)塊，也就是滿足區(qū)塊鏈的一致性。即全網(wǎng)的所有用戶可以達成唯一的一致性的公共賬本。

目前比特幣系統(tǒng)全網(wǎng)算力已達到驚人的24.75EH/s，其中1E=1000P，1P=1000T，1T=1000G，1G=1000M，1M=1000K，1K=1000，H/s為每秒一次哈希計算（哈希碰撞），也就是每秒進行24.75E次哈希計算，且仍有持續(xù)的算力加入比特幣系統(tǒng)。比特幣記賬權(quán)的競爭，提供算力的硬件從CPU，GPU，專業(yè)礦機，礦池。目前單機版的專業(yè)礦機已無法競爭到記賬權(quán)，必須由多臺礦機組合為礦池才能競爭到記賬權(quán)。

4、區(qū)塊鏈共識算法――(二)PoS共識(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數(shù) 字 貨 幣 愛 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權(quán)益證明 PoS 共識算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發(fā)布的點點幣 (Peercoin, PPC) 中首次實現(xiàn). PoS 由 系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點獲得記賬 權(quán), 其中權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點對特定數(shù)量貨幣的所有權(quán), 稱為幣齡或幣天數(shù) (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費資源而提出的，簡單來說就是 誰的權(quán)益大，誰說了算 。

PoS共識機制（Proof of Stake 權(quán)益證明）通過權(quán)益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費、節(jié)點一致性等問題。

各個節(jié)點需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗證節(jié)點（權(quán)益提高），系統(tǒng)通過算法在其中選擇一部分作為出塊節(jié)點（礦工），每隔一段時間重新選擇，算法會保證完全隨機，不可被操控。只有出塊節(jié)點才能進行數(shù)據(jù)處理，爭奪記賬權(quán)。

權(quán)益主要由權(quán)益因子決定，可以是持幣數(shù)量，也可以是幣齡及兩者的結(jié)合。

以太坊在之后很有可能會改用PoS進行共識，其更加符合以太坊高效率的特點。

5、區(qū)塊鏈目前用到哪些共識機制?它們各自的優(yōu)缺點和適用范圍是什么_百度知 ...

目前主要有四大類共識機制：Pow、Pos、DPos、Pool
1、Pow工作量證明，就是大家熟悉的挖礦，通過與或運算，計算出一個滿足規(guī)則的隨機數(shù)，即獲得本次記賬權(quán)，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)，全網(wǎng)其它節(jié)點驗證后一起存儲；
優(yōu)點：完全去中心化，節(jié)點自由進出；
缺點：目前bitcoin已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共識機制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的算力來保障自身的安全；挖礦造成大量的資源浪費；共識達成的周期較長，不適合商業(yè)應(yīng)用

2、Pos權(quán)益證明，Pow的一種升級共識機制；根據(jù)每個節(jié)點所占代幣的比例和時間；等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機數(shù)的速度。
優(yōu)點：在一定程度上縮短了共識達成的時間
缺點：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點

3、DPos股份授權(quán)證明機制，類似于董事會投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點，代理他們進行驗證和記賬。
優(yōu)點：大幅縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數(shù)量，可以達到秒級的共識驗證
缺點：整個共識機制還是依賴于代幣，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要代幣存在的

4、Pool驗證池，基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)，加上數(shù)據(jù)驗證機制；是目前行業(yè)鏈大范圍在使用的共識機制
優(yōu)點：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基礎(chǔ)上，實現(xiàn)秒級共識驗證；
缺點：去中心化程度不如bictoin；更適合多方參與的多中心商業(yè)模式

在使用共識機制，保證數(shù)據(jù)一致性時的巨大優(yōu)勢（共識機制則是Ripple首先提出的，數(shù)據(jù)正確性優(yōu)先的網(wǎng)絡(luò)交易同步機制，在共識網(wǎng)絡(luò)中，無論軟件代碼怎么變動，無法取得共識就無法進入網(wǎng)絡(luò)，更不要提分叉了）。
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PS：稍微自黑下，雖然共識機制絕對能確保任何時候都不會產(chǎn)生硬分叉。但是，這種機制的缺點也比較明顯，那就是要取得與其他節(jié)點的共識，明顯要比當前Bitcoin網(wǎng)絡(luò)漫長的多。極端情況下，在Ripple共識機制網(wǎng)絡(luò)中掉線的后果也是很恐怖的。

有可能你家停電一天，第二天整個系統(tǒng)就再也無法與其它Rippled節(jié)點取得共識了（共識機制事實上需要超過80%的節(jié)點承認了你的數(shù)據(jù)，你的提交才會被其它節(jié)點接受，否則就會被排它的拒絕連接），甚至只能清空自己全部500多GB數(shù)據(jù)重新同步才能連上其它Ripple節(jié)點。

所以目前來說，現(xiàn)有的Rippled端并不適合民用（商用的話影響就比較小，比如RL自己的Rippled節(jié)點托管在亞馬遜云數(shù)據(jù)中心，長時間無響應(yīng)是可以高額索賠的，而且那種地方除了大型災(zāi)害幾乎不會斷），這也是RL一直想改進的方面之一。

目前區(qū)塊鏈的共識機制大致可以分為三類：pow,pos,dpos，pow即Proof of Work,工作量證明機制，在POW機制下為了獲取記賬權(quán)和激勵，礦工必須通過一定量的工作量進行數(shù)學運算，誰最快最準計算出了答案，就獲取到了記賬權(quán)和獎勵，這是以時間、資源為擔保，確保記賬工作的真實和有效性，POW是一種按勞分配的模式，算力越高、挖礦時間越長，獲得的數(shù)字貨幣就越多了，比較典型的就是btc，btm，pos,Proof of Stake,權(quán)益證明機制,POS也稱股權(quán)證明機制,是通過持幣產(chǎn)生利息,從而對于驗證人以及節(jié)點進行獎勵,這里我們大家首先要了解一個概念,就是幣齡.幣齡等于幣的數(shù)量乘以幣持有的天數(shù),因而你持有的幣數(shù)量越多,持有天數(shù)越長,你獲到的記賬權(quán)和激勵的概率就會越大啦！當你獲得激勵之后，你的持幣天數(shù)就會清零，幣齡也回被清空這樣周而復始，比較有代表性的是量子鏈，關(guān)于dpos是什么，以及這些主要共識機制的利弊是什么，字太多了，可以看看這個視頻，里面講的比較清楚：喵懂區(qū)塊鏈11期 | 不了解共識機制，何以談區(qū)塊鏈？

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