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什麼是PoW、PoS、DPoS共識機制?

共識機制從古至今一直伴隨著人類的發展。而共識演算法是區塊鏈的核心機制之一。最近,EOS超級節點的競賽基本已經進入白熱化,到底是什麼讓各大社群爭先恐後的想成為超級節點?這背後又和我們今天要講的共識機制有什麼關聯呢?

拋開那些複雜的技術語言,共識機制的本意就是假設大家面對需要解決的問題,又沒有一個明確的領導人,那麼大家就需要協商出一個方法來解決這個問題,最終達成統一,這個過程基本就可以理解為共識機制。

目前,隨著區塊鏈技術的發展和演變包含了POW(工作量證明)、POS(權益證明)、DPOS(股份授權證明機制)、Pool驗證池(布比區塊鏈的私有演算法)、DBFT(NEO採用的機制)、POC(概念驗證)、POR等共識演算法機制等。

POW(Proof of Work)工作量證明

勞動致富,多勞者多得!

POW機制是依賴機器算力進行數學運算來獲取記帳權,資源消耗相比其他共識機制高、可監管性弱,同時每次達成共識需要全網共同參與運算,性能效率比較低,容錯性方面允許全網50%節點出錯。POW機制最早出現在比特幣中,這也是區塊鏈裡出現的較早的共識機制。

優點:

  • 演算法簡單,容易實現
  • 節點間無需交換額外的資訊即可達成共識
  • 破壞系統需要投入極大的成本

缺點:

  • 浪費能源
  • 區塊的確認時間難以縮短
  • 新的區塊鏈必須找到一種不同的散列演算法,否則就會面臨算力攻擊
  • 容易產生分叉,需要等待多個確認
  • 永遠沒有最終性,需要檢查點機制來彌補最終性
  • 這種機制發展到今天,算力的提供已經不再是單純的CPU了,而是逐步發展到GPU、FPGA,甚至ASIC礦機。用戶也從個人挖礦發展到大的礦池、礦場,算力集中越來越明顯。這與去中心化的方向背道而馳,漸行漸遠,網路的安全逐漸受到威脅。有證據顯示Ghash礦池就曾經對賭博網站實施了雙花攻擊(double spend attack),也就是一筆錢花了兩次。
  • 比特幣區塊獎勵每4年將減半,當挖礦的成本高於挖礦收益時,人們挖礦的積極性降低,會有大量算力減少,比特幣網路的安全性進一步堪憂。

POS( Proof of Stake)權益證明

持有越多,獲得越多。
主要概念是節點記帳權的獲得難度與節點持有的權益成反比,相對於POW,一定程度減少了數學運算帶來的資源消耗,性能也得到了相對的提升,但依然是基於雜湊運算競爭獲取記帳權的方式,可監管性弱。此共識機制容錯性和POW相同。它是POW的一種升級共識機制,根據每個節點所占代幣的比例和時間,等比例的降低挖礦難度,進而加快找亂數的速度。

優點:

  • 在一定程度上縮短了共識達成的時間
  • 不再需要大量消耗能源挖礦
    缺點:
  • 還是需要挖礦,本質上沒有解決商業應用的痛點
  • 所有的確認都只是一個機率上的表現,而不是一個確定性的事情,理論上有可能存在其他攻擊影響。例如,以太坊的DAO攻擊事件造成以太坊硬分叉,而ETC由此事件出現,事實上證明了此次硬分叉的失敗。

DPOS(Delegated Proof of Stake)股份授權證明機制

POS的升級版

DPOS與POS原理相同,只是多選出了一些「代表」。BTS社群最先提出了DPOS機制。最近較熱門的EOS也是採用了DPOS機制。

與POS的主要區別在於節點選舉若干代理人,由代理人驗證和記帳。監管規範、性能、資源消耗和容錯性與POS相似。類似於董事會投票,持幣者投出一定數量的超級節點,代理他們進行驗證和記帳。也就是說成為超級節點等於擁有更多的權益,所以大家才會都爭相競爭EOS超級節點。

DPOS的工作原理為:
去中心化表示每個股東按其持股比例擁有影響力,51%股東投票的結果將是不可逆且有約束力的。其挑戰是透過及時而高效的方法達到51%批准。為達到這個目標,每個股東可以將投票權授予一名代表。獲票數最多的前100位代表按既定時間表輪流產生區塊。每名代表分配到一個時間段來生產區塊。所有的代表將收到等同於一個平均水準的區塊所含交易費的10%作為報酬。如果一個平均水準的區塊含有100股作為交易費,一名代表將獲得1股作為報酬。

網路延遲有可能使某些代表沒能及時廣播他們的區塊,而這將導致區塊鏈分叉。但是這不太可能發生,因為製造區塊的代表可以與製造前後區塊的代表建立直接連結。建立這種與你之後的代表的直接連結是為了確保你能得到報酬。

該模式可以每30秒產生一個新區塊,並且在正常的網路條件下區塊鏈分叉的可能性極其小,即使發生也可以在幾分鐘內得到解決。

優點:

  • 大幅縮小參與驗證和記帳節點的數量,可以達到秒級的共識驗證
  • 更加去中心化的機制
  • 擁有更高的處理效率

缺點:

  • 整個共識機制還是依賴於代幣,很多商業應用是不需要代幣存在的。

POOL驗證池

基於傳統的分散式一致性技術,加上資料驗證機制。

優點:

  • 不需要代幣也可以工作,在成熟的分散式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎上,實現秒級共識驗證。

缺點:

  • 去中心化程度不如Bitcoin;
  • 更適合多方參與的多中心商業模式。

共識機制是區塊鏈發展過程中不可或缺的一項核心機制,勢必會不斷的自我進化,雖然沒有十全十美的共識機制,但只要找到適合的就可以運作。

Harry

Harry

畢業於成功大學,目前全力關注台灣幣圈與區塊鏈發展,分享與撰寫相關相關資訊。 與我們聯絡:coineast.com@gmail.com

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