不了解区块链的共识机制,就无法理解区块链的真正意义。那么,今日份的区块链的共识机制了解一下?
不理解区块链的共识机制,我们就无法理解区块链的真正含义。那么,今天区块链的共识机制是怎样的呢?
共识机制是什么?
共识是什么?字面意思是“共同理解”。
人是不一样的。这种差异不仅体现在身材、外貌、能力上,还体现在文化、观点、想法、兴趣等方面。
共识,简而言之,就是群体成员在某一方面达成的共识。
我们了解到,信任是社会运营的一大痛点,银行有自己的信用体系。在过去,金融系统只为少数企业家服务,因为建立一个信用系统需要花费很多。后来支付宝有了芝麻信用,已经涉及到生活的很多方面,比如信用卡额度,花园额度,芝麻信用出国可以免签。我们正在享受信用带来的便利。
区块链的本质是去中心化,去中心化的核心是共识机制,主要解决谁来建设街区,如何维护区块链统一的问题。
区块链共识机制的目标是使所有诚实的节点保持一致的区块链观点并同时满足两个性质:
1)一致性:所有诚实节点保存的区块链前缀部分完全相同。
2)有效性:诚实节点发布的信息将被所有其他诚实节点记录在其自己的区块链中。
区块链的自我信任主要体现在分布在区块链的用户不需要信任交易的另一方或一个集中的组织,只需要信任区块链协议下的软件系统就可以实现交易。
共识机制的必要性?
在分布式系统中,多个主机通过异步通信形成一个网络集群。在这样的异步系统中,有必要在主机之间复制状态,以确保每个主机都达到一致的状态共识。错误消息可能出现在异步系统中并不断传播。因此,有必要在默认不可靠的异步网络中定义容错协议,以确保所有主机达成安全可靠的状态共识,这是共识机制出现的必然。
这种自我信任的前提是区块链的共识机制,即在一个互不信任的市场中,每个节点达成协议的充要条件是,每个节点出于自身利益最大化的考虑,会自发地、诚实地遵守协议中预先设定的规则,判断每个记录的真实性,最终将真实的记录录入区块链。
换句话说,如果每个节点都有自己独立的利益,互相竞争,那么这些节点几乎不可能合谋欺骗你,尤其是当节点在网络中有公众声誉的时候。区块链技术利用一套基于共识的数学算法,在机器之间建立一个“信任”网络,从而通过技术背书而不是集中的信用机构来创造全新的信用。
区块链的几种共识机制介绍
区块链有许多共识机制,但没有一个是完美的,或者说它适用于所有应用场景。
PoW工作量证明
整个系统中的每个节点都为整个系统提供计算能力。通过一种竞争机制,系统奖励计算工作最好的节点,即完成新生成货币的分配。简单理解就是多劳多得。比特币、LTC和其他货币区块链采用POW机制。
优点完全分散的节点可以自由进出,算法简单,破坏系统的成本巨大。只要网络破坏者的计算能力不超过网络最终能力的50%,就可以约定网络的交易状态
缺点浪费精力,这是最大的缺点。很难缩短区块的确认时间。比如比特币每秒只能做7笔交易,不适合商业应用。新区块链必须找到不同的散列算法,否则它将面临比特币的计算能力攻击。节点性能高,网络环境容易分叉。需要等待多次确认才能达到最终的一致性
PoS股权证书
又称股权凭证,类似于你在银行存房产,这个模型会根据你持有密码货币的金额和时间给你分配相应的利息。
优点对节点性能要求低,达成共识的时间短
缺点没有最终一致性,需要一个检查点机制来弥补最终性
DPOW委托股权证明
DPoW是PoS的进化方案。在常规POW和PoS中,任何新增加的块都需要整个网络的所有节点确认,这极大地影响了效率。
DPoS类似于现代董事会的投票机制,通过选举代表进行投票和决策。选出的N个核算节点进行新块的创建、验证、签名和相互监督,大大减少了块创建和确认的时间和计算成本。
优点显著减少参与验证和核算的节点数量,实现二级共识验证
缺点牺牲去中心化的概念不适合公链
PBFT实用拜占庭容错
实用的拜占庭容错机制是采用“许可投票,少数服从多数”的方式选举领导并进行记账的共识机制。共识机制允许拜占庭式容错,允许强监管节点参与,具有权限分级能力,性能更高,能耗更低,每一轮记账都会由全网节点共同选举,允许33%的节点作恶,容错率33%。实用的拜占庭容错特别适合联盟链的应用场景。
优点它会偏离集权,加密货币和奖励机制的存在会产生马太效应,使社区中的穷人更穷,富人更有共识,效率更高,可以实现高频交易
缺点当只有33%的节点在运行时,系统将停止运行
DBFT批准拜占庭容错
该机制通过权益选择记账人,然后记账人通过拜占庭容错算法达成共识。拜占庭容错机制的核心是最大限度地保证系统的终极性,使区块链能够应用于真实的金融应用场景。
优点专业簿记员可以容忍任何类型的错误记账,这是由许多人完成的。每个分块都有终结性,无分支算法的可靠性有严格的数学证明
缺点当三分之一或更多的簿记员停止工作时,系统将无法提供服务。当三分之一或三分之一以上的簿记员共同犯罪时,系统可能会分叉
池验证池
基于传统的分布式一致性技术和数据验证机制。
优点它可以在没有密码货币的情况下工作,并基于成熟的分布式一致性算法实现二级一致性验证。
缺点没有比特币那么分散,更适合多元参与的多中心商业模式。
帕克索斯岛
这是一种传统的分布式一致性算法,是一种基于领袖选举的共识机制。领导节点有绝对的权限,允许强监督节点参与,性能高,资源消耗低。所有节点一般都有有线访问机制,但选举过程中不允许有邪恶节点,不容错。
Paxos算法将节点分为三种类型:
提议者:提出提议,等待大家同意结案。扮演这个角色的往往是客户
承兑人:负责对提案进行表决。通常是服务器扮演这个角色
学习者:被告知结束结果,与之统一,不参与投票过程。它可以是客户机或服务器
Paxos可以保证系统在正常节点存在50%以上的情况下能够达成共识。
瑞博共识机制
波纹一致性算法使一组节点根据特殊节点的列表形成一致性。特殊节点的初始列表就像一个俱乐部。要接纳一个新成员,俱乐部51%的成员必须投票赞成。共识遵循的是这些核心成员的“51%权利”,外人没有影响力。既然俱乐部是从集权开始的,那它就永远是集权的,如果开始腐朽,股东也无能为力。和比特币、Peercoin一样,Ripple系统将股东和投票权分开,因此比其他系统更集中。
贵族
Peercoin是POW工作量认证和POS权限认证的混合体,主要用于发行货币。预计随着挖掘难度增加,未来产量会减少,系统安全性主要靠POS维护。
在区块链网络中,由于应用场景不同,设计目标也不同,不同的区块链系统采用不同的一致性算法。每种共识算法都不是完美的,都有其优点和局限性。
区块链解决了在不可信通道上传输可信信息和传递价值的问题,而共识机制解决了分布式场景下如何实现一致性的问题。
虽然区块链还处于发展的初级阶段,行业还面临一些障碍,但社会已经足够认识到区块链的价值,区块链的发展永远不会停滞,行业发展一定会找到突破障碍的方法。