比特币的共识机制如何理解共识算法

说起区块链的热词，一定离不开大共识算法，大共识算法是构建区块链信任特性的基础。 有哪些共识算法？ 今天我们就来看看它们：

什么是共识算法？

共识机制用于解决分布式系统的一致性问题。 它的核心是确保指定的操作是一致的、可识别的和不可变的。 在区块链系统中，通过特定的共识算法来解决去中心化的多方互信问题。

其实简单的理解就是达成一致。 现实生活中有很多场景需要达成共识。 在区块链系统中，每个节点都必须保持自己的账本与其他节点的账本一致。 在中心化的世界里，这几乎是不可能的，因为有一个中心服务器。

共识算法有哪些类型？

在区块链系统比特币的共识机制中，共识算法通过经济利益的博弈，鼓励对系统的贡献，增加失信节点的成本。 常见算法如PoW、PoS、DPoS等，不同的算法其实是不同的玩法。

按开采方式分类：

PoW（Proof of Work）——主要代表：所谓比特币挖矿，就是通过计算匹配某个比特币区块头的哈希值来争夺记账权。 这个过程需要大量的计算才能实现。 简单的理解就是你进行了大量的计算（大量的工作），你很可能获得记账权。 包括：比特币、、、Zcash。 优点：随机性和公平性； 缺点：耗能。

PoS（Proof of Stake，股权证明）——主要代表：PoS的简单理解就是根据资产的分配获得记账权的概率，类似于股份公司的股东。 包括：-PoS、EOS DPoS、DFINITY、VBFT。 优点：攻击成本更高，性能更高效； 缺点：权力集中。

DPoS（Proof of Stake，股权证明）——主要代表：EOSPoS的一种改进，簿记员由社区选举产生，类似于股份公司的董事会。 如：Steemit、EOS，优点：交易便宜，可扩展； 缺点：目前部分中心化。

为适应不同的应用场景，区块链共识机制的研究主要集中在优化系统的可扩展性、运行效率、容错性等方面。 在新兴的区块链解决方案中，各种共识机制将被组合使用。 例如在分层/分片方案中，顶层主链使用PoW机制来保证全局共识的有效性，抵抗Sybil攻击，而在相对小规模的分片中，使用PoS或BFT更为有效算法共识。 典型案例包括以太坊和Zilliqa，未来会推出基于验证者管理和分片方案。 虽然这些解决方案尚未得到证实，但它们代表了区块链设计的未来趋势。

事实上，共识算法有很多种比特币共识机制，例如用于解决可信节点之间网络通信失败问题的共识算法。 常用的算法有Paxos、Raft、ZAB等，在大数据分布式系统中非常常见。 容错。 此类算法还包括用于解决拜占庭将军问题的拜占庭容错 (BFT)，它允许一定比例的不可信节点。

共识算法的发展历程：

从历史上看，共识算法起源于多处理器计算的研究。 它们解决了处理器可能出现故障（即变得无响应）时的全局状态问题。 在这些情况下，通信是同步的比特币共识机制，即以某个已知的时间上限为界。

后来，随着电信和计算机网络的发展，又出现了另外两个问题：未知的通信延迟和对手的存在。 前者导致了对同步和异步共识算法的一些新研究，以及可以容忍任意代理行为（拜占庭行为）的算法的创建——所谓的拜占庭容错算法（或 BFT 共识）。

随着互联网的广泛使用，对手的问题变得更加严重。 如果可以在多处理器环境或电信基础设施中识别每个代理，那么在许多情况下这是无法做到的。 因此，出现了一种新的公共（或无许可）共识，共识算法必须成为一种协议，其中嵌入了用于识别和排除拜占庭代理人的规则和程序——就像一些偶然的机制，进一步降低了这种类代理人参与的经济能力协议中也是一样。 该系统以 POW 和 POS 的名义引起了公众的关注。 我们将以经济激励 (BFT-ei) 命名这些协议。 在许多情况下，异步和无许可需要牺牲其他共识质量，

共识算法应用：

通常，共识算法用于解决以下问题：

Leader选举（在所有共识参与者中选择一个agent，有权更新系统的全局状态）

原子交换（事件的确切顺序无法从其内部属性确定）

状态复制（维护所有或大多数代理共享的全局状态）

这些是高度相关的共识算法的三个主要用例。 例如，在比特币的共识机制中，状态复制可以通过适当的状态变化排序（即原子广播）来解决，而适当的领导者选举过程本身可能允许有序的原子广播（但是，在没有领导者选举过程的情况下，可以就结果达成相同的共识）。

总的来说，主流的共识算法正在逐渐从PoW共识算法向PoS共识算法转变，并且有POW和POS混合的趋势。 POW 的公平性和 POS 的效率是相辅相成的。 但即使每一种加密货币背后都有一个伟大的共识算法，但没有一种共识算法是完美的，每种算法都有自己的长处和短处。 随着区块链项目越来越多，共识算法也会不断完善。 （作者：徐育之）

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