第十一课:共识机制的优劣(上)
精通区块链·进阶版
第十一课:共识机制的优劣(上)

第十一课:共识机制的优劣(上)

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大家好!欢迎收听《精通区块链》,在上节课中,我们讲了公链、私链、联盟链和“不可能三角”的关系。

我们可以先复习一下:当前区块链技术存在“不可能三角”,是指,任何一种链,无论是公链、私链,还是联盟链,都无法兼顾安全、高效、去中心化三个指标,追求其中2个指标的同时,必然会放弃第三个指标。

比如,比特币公链,它是非常去中心化的、安全的,但是无法做到高效。而很多私链、联盟链,追求安全、高效,却牺牲了“去中心化”。其实,正是因为公链、私链、联盟链,这3种区块链的共识机制不同,才导致了他们“不可能三角”的不同。今天,我们就来分析下三种区块链所常用的共识机制的特点。

首先我们要明白,没有一种共识机制是完美的,各共识机制都有其优缺点,有些共识机制是为解决一些特定的问题而生的。

第一种比特币公链的共识机制:pow( Proof of Work)工作量证明。如果用一句话概括,就是:干的越多,所得越多。

这种共识机制,依赖机器进行数学运算来获取记账权,资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱,同时每次达成共识需要全网共同参与运算,性能效率比较低,容错性方面允许全网50%节点出错。

优点:

  1. 算法简单,容易实现。
  2. 节点间无需交换额外的信息即可达成共识。
  3. 破坏系统需要投入极大的成本。

缺点:

  1. 浪费能源。
  2. 区块的确认时间难以缩短。
  3. 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。
  4. 容易产生分叉,需要等待多个确认。
  5. 永远没有最终性,需要检查机制来弥补最终性。

第二种共识机制:POS (Proof of Stake)权益证明。一句话介绍:持有越多,获得越多。

主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比,相对于PoW,它一定程度减少了数学运算带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升,但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式,可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制,根据每个节点所占代币的比例和时间,等比例的降低挖矿难度,从而加快找随机数的速度。

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。例如,以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉,而ETC由此事件出现,事实上证明了此次硬分叉的失败。

第三种共识机制:DPOS(Delegated Proof of Stake)委任权益证明。DPOS与POS原理相同,只是选了一些“人大代表”。

BitShares社区首先提出了DPoS机制。与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人,由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票,持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。

DPoS的工作原理为:去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力,51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标,每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费,一名代表将获得1股作为报酬。

网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块,而这将导致区块链分叉。然而,这不太可能发生,因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。

该模式可以每30秒产生一个新区块,并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小,即使发生也可以在几分钟内得到解决。

成为代表:成为一名代表,你必须在网络上注册你的公钥,然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。

授权选票:每个钱包有一个参数设置窗口,在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表,并将其分级。一经设定,用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下,用户不会创建特别以投票为目的的交易,因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下,某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。

保持代表诚实:每个钱包将显示一个状态指示器,让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块,那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块,那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。

抵抗攻击:在抵抗攻击上,因为前100名代表所获得的权力权是相同的,每名代表都有一份相等的投票权。因此,无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表,可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是,由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址,这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接,将使妨碍他们生产区块变得更为困难。

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:整个共识机制还是依赖于代币,但很多商业应用是不需要代币存在的。

好了,今天的课就先到这里,下节课,我们再讲讲PBFT等共识机制的优缺点。小伙伴们记得复习呀。

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