共识机制现在大致有几种,有什么区别?

据了解,共识机制比较常见的有九种:
(1)工作量证明—多劳多得
PoW机制中根据矿工的工作量来执行货币的分配和记账权的确定。算力竞争的胜者将获得相应区块记账权和比特币奖励。因此,矿机芯片的算力越高,挖矿的时间更长,就可以获得更多的数字货币。
优点:算法简单,容易实现;节点间无需交换额外的信息即可达成共识;破坏系统需要投入极大的成本。
缺点:浪费能源;区块的确认时间难以缩短;新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临比特币的算力攻击;容易产生分叉,需要等待多个确认;永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性。
目前基于PoW共识机制的数字货币有很多,比特币、莱特币、狗狗币、达士币、门罗币等初期的数字货币大多都是PoW共识机制。
(2)PoS(Proof of Stake)股权证明算法——持有越多,获得越多
POS 机制采用类似股权证明与投票的机制,选出记帐人,由它来创建区块。持有股权愈多则有较大的特权,且需负担更多的责任来产生区块,同时也获得更多收益的权力。POS 机制中一般用币龄来计算记账权,每个币持有一天算一个币龄,比如 持有100个币,总共持有了30天,那么此时的币龄就为3000。在 POS 机制下,如果记账人发现一个 POS 区块, 他的币龄就会被清空为0,每被清空365币龄,将会从区块中获得0.05个币的利息(可理解为年利率5%)。
优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间;不再需要大量消耗能源挖矿。
缺点:还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点;所有的确认都只是一个概率上的表达,而不是一个确定性的事情,理论上有可能存在其他攻击影响。
最先开始运用权益证明共识机制的区块链项目是2012年诞生的PeerCoin,以太坊前三阶段均采用PoW共识机制,在第四阶段开始以太坊将采用权益证明机制,此外,量子链和Blackcoin都采用POS共识机制。
(3)DPOS(Delegated Proof-of-Stake)股份授权证明
股份授权证明(简称:DPoS)与PoS的主要区别在于节点选举若干个代理人,由代理人验证和记账,但其监管、性能、资源消耗和容错性与POS相似。通俗的理解类似于董事会投票,持币者投出一定数量的节点,由节点进行代理验证和记账。
整个投票的模式是:成为代表----授权投票----保持代表诚实----抵抗攻击
优点:大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证。
缺点:共识机制还是需要代币而很多商业是不需要代币的。
(4)PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)实用拜占庭容错——分布式一致性算法
实用拜占庭容错在保证活性和安全性(liveness & safety)的前提下提供了(n-1)/3的容错性。在分布式计算上,不同的计算机透过讯息交换,尝试达成共识;但有时候,系统上协调计算机(Coordinator / Commander)或成员计算机 (Member /Lieutanent)可能因系统错误并交换错的讯息,导致影响最终的系统一致性。拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量,寻找可能的解决办法,这无法找到一个绝对的答案,但只可以用来验证一个机制的有效程度。
而拜占庭问题的可能解决方法为:在 N ≥ 3F+1的情况下一致性是可能解决。其中,N为计算机总数,F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后,各计算机列出所有得到的信息,以大多数的结果作为解决办法。优点:系统运转可以脱离币的存在,pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成,安全性与稳定性由业务相关方保证;共识的时延大约在2~5秒钟,基本达到商用实时处理的要求;共识效率高,可满足高频交易量的需求。缺点:当有1/3或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务;当有1/3或以上记账人联合作恶,且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时,恶意记账人可以使系统出现分叉,但是会留下密码学证据;去中心化程度不如公有链上的共识机制;更适合多方参与的多中心商业模式。
讲通俗些就是采用“少数服从多数”来选举领导者并进行记账的共识机制,该机制允许拜占庭容错,允许强监管节点参与,具备权限分级能力,性能高,耗能低,而且每一轮记账都会由全网节点共同选举领导者,允许33%的节点作恶,容错性为33%。
(5)dBFT(delegated BFT)授权拜占庭容错算法
在实用拜占庭容错的基础上进行了改进:
将C/S(客户机/服务器)架构的请求响应模式改进为合适P2P网络的对等节点模式;将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的共识参与节点;为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制,通过投票决定共识参与节点(记账节点);在区块链中引入数字证书,解决了投票中记账节点真实身份的认证问题。优点:专业化的记账人;可以容忍出错;记账由多人协同完成;每一个区块都有最终性,不会分叉;算法的可靠性有严格的数学证明。
缺点:当1/3及以上的记账人停止工作后,系统将无法提供服务;当1/3及以上的记账人联合作恶,且其他所有的记账人被恰好分割两个网络时,恶意记账人就可以使系统出现分叉。
总之,授权拜占庭容错机制最核心的一点,就是最大限度地确保系统的最终性,使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
(6)DAG(Directed acyclic graph)有向无环图——无区块链概念
DAG最初出现就是为了解决区块链的效率问题。其通过改变区块的链式存储结构,通过DAG的拓扑结构来存储区块。在区块打包时间不变的情况下,网络中可以并行的打包N个区块,网络中的交易就可以容纳N倍。之后DAG发展成为脱离区块链,提出了blockless无区块的概念。新交易发起时,只需要选择网络中已经存在的并且比较新的交易作为链接确认,这一做法解决了网络宽度问题,大大加快了交易速度。
优点:交易速度快;无需挖矿;极低的手续费。
缺点:网络规模不大,导致极易成为中心化;安全性低于PoW机制。
(7)Pool验证池——私有链专用
Pool验证池,基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制;之前曾是行业链大范围在使用的共识机制,但是随着私有链项目的逐渐减少渐渐开始势微。
优点:不需要代币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证。
缺点:去中心化程度不如bictoin;更适合多方参与的多中心商业模式。
自定义共识机制以及混合共识机制——私人订制
(8)Ripple——RPCA(Ripple Protocol consensus algorithm)
瑞波共识机制RPCA是一个类似PBFT的共识机制,属于节点投票的共识机制。初始特殊节点列表就像一个俱乐部,要接纳一个新成员,必须由51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核心成员的51%权力,外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由“中心化”开始,它将一直是“中心化的”,而如果它开始腐化,股东们什么也做不了。与比特币及点点币一样,瑞波系统将股东们与其投票权隔开,并因此比其他系统更中心化。Stellar的共识机制SCP(Stellar Consensus Protocol)就是在“Ripple共识算法”的基础上演化而来的。
(9)Hcash——PoW+PoS共识机制
Hcash采用混合共识机制后,有Hcash的用户与矿工均可以参与到投票中,共同参与Hcash社区的重大决定;
Hcash的PoS还为不合格的矿工提供了一个制衡机制;通过PoS+PoW公平的按持币数量与工作量分配投票权重,可以实现社区自治;通过PoW,使得Hcash有挖矿的硬性成本作为币价的保证,又制约了单独PoS机制里数字货币过于集中的问题;PoS让中小投资者着眼于项目的中长期的发展,中小户更倾向于把币放在钱包里进行PoS而不是放在交易所随时准备交易使得Hcash生态更加健康,人们会将注意力更多的放在Hcash技术与落地应用上,而不是仅仅关注短期的价格波动;在安全性上,由于PoW必须通过PoS的验证才可生效,PoW矿工不能自行决定并改变网络规则,这有效的抵挡了51%攻击。

共识机制现在大致有几种,有什么区别?

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