区块链各种共识机制对比分析

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目前，区块链常见的共识机制主要有：工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、DPoS（Delegated Proof of Stake）、混合证明（PoS+PoW）、PoA（Proof of Authority）、 Casper（下一代以太坊股权证明）。

一、共识机制的概念理解

作为区块链的核心，了解区块链的共识机制至关重要。

共识机制是区块链节点对全网区块链信息达成共识的一种机制，可以保证最新区块准确加入区块链，节点存储的区块链信息一致、不可分叉，并且甚至可以抵抗恶意攻击。 可以理解为一套大家都遵守的游戏规则。 在这套规则中，大家共同参与游戏，共同维护整个网络的安全，并获得奖励。 所谓挖矿，由此而来。

主流的共识机制有很多，包括工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、混合证明（PoS+PoW）等。我们熟悉的以太坊（ETH）主网的共识机制是早期的PoW 和后来的 PoS。 简单来说，就是要看你的算力来挖矿。 当你挖到一定程度，就不需要浪费精力去挖了，你留着我就给你币

2.什么是工作量证明？

PoW（Proof of Work）是最著名的共识机制，知名的BTC、ETH、LTC等均采用该机制。PoW可以说是挖矿的货币奖励量，取决于有效工作量矿业贡献。 也就是说，矿机性能越好，挖矿时间越长，获得的币种奖励就越多。 保证支付一定的成本才能得到一定的原则，PoW 为整个区块链带来了一股新的支撑力量——矿工。 然而，虽然 PoW 机制存在，但它有足够数量的矿工支持。 而且，随着交易量的扩大和计算难度的影响，PoW机制背后的交易速度会变慢，矿工的手续费会增加，全网人的交易手续费也会增加。 在这里，我们可以将以太坊主网比作飞机。 一次飞机的载客量有限，大家都争着坐这个航班，所以这个机票的价格自然会高。

下面以比特币为例说明PoW共识规则，每个节点按照这个共识规则处理数据：

工作量证明的优势

PoW（Proof of Work），通过非常复杂的计算从众多节点中选出一个具有记账权的节点，使得节点付出大量的金钱来获得记账权，增加了节点欺诈的成本，很大程度上影响了整个系统的安全网络有保障。

PoW 的缺点

PoW 共识机制中的大部分算力都被浪费了。 结果，所有节点都在做无意义的计算。 截至2017年11月20日以太坊的共识机制，整个比特币网络已经消耗了超过159个国家的年用电量。

比特币网络平均10分钟形成一个区块，很多区块确认时间超过2小时以太坊的共识机制，交易速度延迟非常高。

3.什么是PoS？

PoS（Proof of Stake）直译过来就是股权证明，直接证明你持有的股份。 （例如：Stellar Lumens、Dogecoin 等）

因为BTC的PoW机制决定了谁的算力最强，谁就能获得更多的收益，拥有更大的记账权。 因此，像比特币这样的 PoW 货币挖矿带来了巨大的电力消耗。 为了解决这种情况，就有了 PoS。

PoS 试图解决 PoW 机制中大量资源被浪费的情况。 该机制通过计算你持有的币种总数的百分比和你持有币种的时间来决定记账权。 虽然 PoS 机制避免了非常复杂的解密操作，但每笔交易仍然需要网络中的所有 PoS 持有者。 节点全部确认。

PoS 在现实世界中非常普遍，最著名的例子就是股票。 股票用于记录股权证书。 持有更多股票的人拥有更高的投票权和收益权。

通俗地说，PoS就是资本主义，按钱分配，钱生钱。

4.什么是DPoS？

DPoS（Delegated Proof of Stake）即委托权益证明，是PoS的演变。 BitShares BTS 采用 DPoS 共识机制。

在传统的 PoW 和 PoS 中，对效率影响很大的是任何新添加的 Block 都需要经过全网所有节点的确认。

DPoS 优化方案是：通过不同的策略，时时选出一小群节点，这一小群节点相互创建、验证、签名和监督，大大降低了区块创建和确认的成本。 需要消耗的时间和算力成本。

5.卡斯帕是什么？

Casper是以太坊的下一代共识机制。 Casper 是 PoS 协议的一个实现。 最早于2016年在《以太坊紫皮书》中提出。在Casper的规则中，任何拥有Ether的账户都可以成为合约中的验证者，但前提是在Casper智能合约中抵押一定数量的Ether（抵押越多，被选为验证者的概率越高，之后Casper合约随机选择一个验证者集合，被选中的验证者集合按照一定的顺序对区块进行验证，如果全部验证通过，则加入到同时，所有验证者将按照抵押以太币的比例获得奖励，如果不遵守合约设定的规则，合约将没收抵押以太币作为惩罚。

6、什么是PoW+PoS混合机制？

为了结合两种挖矿方式的优势，出现了基于PoW+PoS混合共识机制的币种。 比如Hcash和以太坊ETH也在向PoW+PoS混合挖矿升级。

那么，PoW+PoS混合机制有哪些优势呢？

它能够最大限度地扩大受众。

假设一个币的机制是PoW+PoS的混合机制。 那么持有该币种的用户和矿工就可以参与投票，参与币种社区的重大决策。 持币者和矿工都可以影响预编程的更新，例如隔离见证（SegWit）、增加区块等。如果这些更新被广泛接受，链将自动分叉以适应更新而无需开发人员干预。 这是真正的权力下放。

采用混合机制实现广义上DAO（Decentralized Autonomous Organization）的高效运行。 通过PoW+PoS，根据持币数量和工作量公平分配投票权重，实现社区自治。

7.什么是PoA？

所谓 PoA（Proof of Authority），就是用一组所谓的“权限”，让人们在区块链上创建新的节点，保证区块链的安全。 以太坊测试网络（Kovan）使用 PoA 算法。

在 PoA 中，验证者是整个共识机制的关键。 验证者不需要昂贵的显卡，也不需要足够的资产，但他必须有一个已知的、经过验证的身份。 验证者通过抵押此身份以换取区块奖励来获得保护网络的权利。 如果验证者在整个过程中作恶，或者与其他验证者串通。 可以通过链上治理删除和替换恶意行为者。 现有的合法反欺诈保护措施应用于整个网络，以保护参与者免受验证者的恶意行为。

什么是POA网络？ POA网络是建立在PoA共识之上的底层区块链。 在 POA 网络中，每个验证者都必须拥有美国的公证许可证。 人们需要通过 POA 网络身份 DApps 来验证自己的身份，包括居住地址证明和无犯罪记录证明。 然后进行所谓的启蒙仪式（initiation ceremony），获得奖品。 通过验证者可以承担保护网络安全的重任并获得奖励。 POA 网络充当底层链，其上的每个新私有链都可以使用相同的验证器，或者拥有自己的一组验证器和任何其他类型的可验证许可证。

通俗的理解是，过去我们的交易需要一群互不相识的人来比拼算力，计算一道复杂的数学题，有难度，从而决定输赢。 现在，我们只需要有一个值得信赖的人（至少得到他们团队的认可）作为凭证，交易就可以快速通过。 而这个人也会因为担保交易而得到报酬。 担保人做坏事怎么办？ 没关系，其他靠谱的担保人都在看着，他要是再敢坏事，老子就把你踢出去。 担保人故意刁难你怎么办？ 没关系，现有的法律可以保障您的合法权益（注意，数字资产的丢失不在我国法律保护范围内）。

POA权威证明的优点

8.总结

POA与工作量证明（POW）和权益证明（POA）的区别

POW和POS共识均采用挖矿机制，而POA则没有

POS 机制使用一种机制来选择拥有最高权益的参与者作为见证人。 该机制假设最大利益相关者的动机是确认交易已处理。 POW 通过在确认交易之前验证工作是否已经完成来运行

同时，POA以个人身份作为单独的权限证明进行验证，意味着整个过程不需要挖矿

POA与代理权益机制（DPoS）的区别

DPOS 通过使用见证来生成块。 见证人由利益相关者选举产生，选举方式为一票、一见证人、一股份。 但是，在POA中，权限的指定是预先确定的，这意味着不会因为不公平的stake而产生偏见和不公平的过程。 在 POA 中，见证人需要通过 Dapps 正式验证他们的身份，并且他们的身份对公共领域的每个人都是透明可见的。

POA的优势

POA 背后的想法是个人声称有权成为证人，因此他们有动力维持自己的地位。 通过将身份和声誉捆绑在一起，证人被激励去验证交易和维护网络安全，他们不希望将自己的身份与不良声誉联系起来。 这种机制被认为比普通的权益证明 (POS) 更安全。

PoW 和 PoS 各有优缺点。 但似乎 PoW 有很多优点。 纵观流通市值榜前列的币种，绝大部分都是PoW。

PoS和PoA有中心化之嫌，权力只掌握在少数人手中。 虽然 PoW 可以完全去中心化，但它有消耗大量能量的缺点。