区块链的共识机制

区块链可以看作一个非中心化分布式的账本,参与交易的各方共同维护着同样的账本记录,这意味着各节点都保存账本的完整副本,并认可账本的正确性,没有一个节点能够完全控制记账的权利。它实现了人类记账规则与记账方式的重要突破,从而为线上价值转移提供了基础 。

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但绝对可靠的分布式对等系统是不存在的。由于组成分布式对等系统各节点的地理位置不同、网络延迟的存在,节点间的通信总是存在不可预测的延迟,因此不同节点对其接收到消息的先后顺序有不同的判断,这种消息处理模式称为异步模型。除了节点通信过程会发生意外,有时组成网络本身的各节点也会发生故障,表现出不可预测行为,它的存在是设计开放式区块链网络共识机制时必须考虑的因素。

区块链的不足点:
区块链是一个公共账本、公开的数据库,同时也是一个点对点的协作网络。协作方(节点)共同维护数据,每个节点都有一份完整的数据备份,所有节点的数据内容必须完全一致,每个节点都可以在本地查找交易记录,每个节点也可以在本地添加交易。没有一个中心来指挥、协调,要完成这个协作,区块链就必须有一个共识机制,这个机制必须解决两个基本问题:
1. 谁有权写入数据——一次只有一个人可以记账; 2. 其他人如何同步数据——因为要保持账本的一致性。
数据写入(区块添加)的过程是这样的:有权打包交易的节点,将打包的交易(区块)放在既有的数据库(区块链)上,并向全网广播,其他节点收到信息,验证区块无误,就会同步这个新打包的交易。每个打包的交易叫作一个区块,区块不断叠加,延长区块链。

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同步数据有一个问题,就是如何对在一定时间段内发生的交易的先后顺序达成一致?由于各个节点都在自发地记账或者同步,在点对点相互通信下的情况下存在较高的网络延迟,因此各个节点收到数据的先后顺序是不一致的。你记你的,我记我的,如何保证每个节点副本数据的一致性?
区块链的共识是:以最长链作为主链,即每个节点总是选择并尝试延长主链,也就是各节点都以区块最多的那条链作为自己添加、更新区块的选择,这样多节点就能同步一个权威的公共账本了。
那么,区块链共识机制重点要解决第一个问题:谁有权写入数据?随着区块链的发展,已经有多种方法解决这个问题了。

POW, POS和 DPOS:
下面介绍一下三个主要的:POW, POS和 DPOS。

POW (Proof of Work) 工作量证明这里的工作量,指的是计算机计算Nonce(随机数)的过程。每个节点都去计算一个随机数,一定时间段内,找到随机数的难度是一定的,这就意味着,得到这个随机数必然要经过一定的工作量。最先得到这个随机数的节点,将打包的交易区块添加到既有的区块链上,并向全网广播,其他节点验证、同步。

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POS (Proof of Stake) 权益证明POW以计算随机数的工作量作为获得数据写入权的考量,而POS,则是系统根据节点持有的Token(代币)的数量及时间的乘积(币天数)分配相应的记账权,拥有的越多,获得记账权的概率越大。Token就相当于区块链系统的权益(Stake),因此被称为基于权益的证明。

DPOS (Delegated Proof of Stake) 权益授权证明POS是拥有Token就拥有获得记账的权利,而DPOS是指拥有Token的人投票给固定的节点,这些节点作为权益人的代理去行使记账的权利。这些获得投票认可的代表根据一定的算法依次获得记账权。不同于POW和POS理论上全网都可以的参与记账竞争,DPOS的记账节点在一定时间段内是确定的。

这些证明机制的底层是代码、加密算法,它们提供了“谁来记账”这个问题的答案。总的来讲,它们都要在效率和去中心化这两个维度上做出平衡。本文不讨论这三种方式的利弊比较,而是继续讨论关于协作的几个问题。

第一,如何吸引人参与协作?这和中心化组织是一样的,依靠激励。只是中心组织依靠中心发放的奖励,而区块链靠分配Token 激励各方参与协作。

第二,不守规则的人如何处理?想参与协作就必须遵守设定的规则,不愿意接受共识,自然无法成为协作组织的一员。

第三,如果有人参与协作,却试图破坏共识怎么办?
因为区块链的共识是每个节点都尝试延长主链,而主链是区块最多,大多数节点共同维护认可的数据库,所以,少数节点的破坏不会有任何影响。就像一帮人走路,大部队走的路才是正路,现在有少数人走到岔道去了,那能有啥影响呢?

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那么,多数节点试图破坏呢?这就是所谓的51%攻击,理论上可能,但实践中几乎不可能,这一方面是因为代价太高,另一方面协作各方基于利益考量甚至会主动规避这种可能性。

于是,基于代码、加密算法和博弈形成的共识机制,提供了一种全新的协作方式:
各方按照既定规则参与协作,代码代替权威,Token产生激励,博弈驱逐破坏者,协作自然达成。

一种新型的共识机制,使得去中心化的大范围高效协作成为可能。区块链技术的发展和迭代,将极大地促进各种自组织的产生。实际上,当大多数人在质疑区块链有没有价值,少数人只关注币价涨跌的时候,各种分布式自组织已在酝酿。

未来已来,只是尚未流行。

文章来源:闪链区块链
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