区块链的共识算法到底是什么？

看了很多文章，感觉共识算法不是很清楚。 但是这个环节是整个区块链底层设计中最重要的环节。 区块链的底层技术——分布式公共账本，无非是想办法让大家一起算账，然后算清楚一个属于全社会的账本，不至于被坏人用来算错账.

所以，区块链之所以是信任机器，是因为有共识算法保证了这个账本的安全、可靠、公开、透明和有效的激励维护。 所以在整个区块链的发展过程中，围绕着共识算法进行了无休止的讨论和设计，就是要在性能和安全性之间取得平衡，拿出一个快速又让人放心的算法。

下面介绍一下目前的共识算法。

工作量证明 (PoW)

这就是传统的比特币系统算法。 比特币创始人中本聪在设计比特币时，将其定义为公共账本系统。 以纸质账本为例，账本的每一页都记录了系统中发生的所有交易，但是当一页写满时，就需要翻页了。 在翻页的过程中，需要先计算上一页的账本，然后在下一页记录新的交易。

在比特币系统中，一个区块就是账本的一页。 记账的过程称为挖矿，参与记账的计算机称为矿工。 为了鼓励更多的计算机参与记账，在旧区块结束和新区块开启前计算账本，系统将奖励计算速度最快的矿工一定数量的比特币，让全社会越来越多的计算机参与记账、算账、维护账目。 获得比特币奖励的概率与计算机的计算能力有关。 算力越快，账户等式的计算速度越快，就越有把握拿到比特币。 整个系统的容错度是50%，也就是说，只要你用系统中50%的算力攻击计算机，你就可以篡改这个公共账本（比如攻击者将更多的比特币分发到他的自己的比特币钱包……）

但比特币能够获得全社会的共识，很大程度上是因为它的安全性。 随着网络被更多人认可，就会有更多矿工加入，网络被攻击的可能性就越小，所以这是一个闭环加速的过程，所以比特币的安全性是伴随着去中心化和算力的。 随着力量的增加而增加。

优点：完全去中心化，目前最安全稳定的解决方案。

缺点：缺点非常明显。 由于需要全民参与挖矿，所需的算力、电力等资源消耗越来越大。 而且国民核算，确认时间慢，手续费高。 而对算力的追求会导致节点的集中。 比如比特大陆的矿池占据了比特币70%的算力，这让完全去中心化成为一个悖论。

股权证明（PoS）

既然靠消耗算力维持的公共账本方案是消耗资源的，那有没有不消耗算力的呢？ 是的，这个方面就像社会治理的投票制度。 美国大选可能类似于比特币的PoW算法记账过程，有些国家有自己的特点，比如我们的祖国，就是节点代理制度。 所以在PoW之后，有人提出用一些大节点代替每个去中心化的节点，对网络进行分层。 简单来说，以前系统内的所有矿工都要验证记账，现在验证只能交给一个人。 但是这个人的选择是很难设计的，PoS就是一种设计方法。 众所周知的 decred 货币使用的是 PoS 算法。

PoS是根据每个节点所占的比例和时间，随机产生整个区块的验证节点。 简单来说，你拥有的钱（你拥有的代币）越多，你持有这个代币的时间越长比特币交易速度那么慢，你就越有可能成为这个账本某一页的验证者。 以前需要购买更多的矿机才能在这个区块链系统中享有比较大的话语权，现在不需要了，囤币就可以了。 因为你囤的币越多，你就越关心系统的健康发展，所以乱记账的方式在你的验证上可能会被否定。

优势：与PoW相比，优势非常明显。 可以有效缩短区块的确认时间，提高达成共识的速度，同时节省资源。 51%的攻击成本更高，因为不是算力，而是直接拥有51%的系统代币。 并且随着持币节点越来越分散，各个节点之间的实力竞争保证了安全性。

缺点：也容易成为有钱人的工具。 虽然攻击系统需要51%的代币，但如果大佬联手，很有可能成为大佬们的收割工具。 因此在节点的选择上还没有做更完整的设计。 而且持有代币的人不一定参与记账比特币交易速度那么慢，可能容易分叉，安全性也会降低。

委托权益证明（DPoS）

一看名字就知道这个算法是基于PoS算法的，大名鼎鼎的NEO和EOS都采用了这个共识算法。 这个算法很有中国特色。 类似于全国人民代表大会。 首先，区块生产者（BP）由全网持有代币的人通过投票选出。 对于主链上的每个区块，生产者验证整个区块的交易并确认记账是正确的。 但是BP验证完区块后，需要换一个新的区块进行验证。 每个周期包含 21 个区块，因此每个周期需要 21 个区块生产者 (BP)。 在每个周期开始之前，需要重新选举全网。

这与 PoS 不同的是，在每个区块周期开始时，全网可以投票选出 BP 来代表我们进行验证。 因此，即使在一个周期内有一些BP作恶，我们也可以，即使恶意节点被移除，这也会导致节点的成本非常高。

这就好比我们的人大选举制度，五年换届。 每一次变动，都相当于推选一定数量的人民代表到中央参加会议，进而选出新的管理班子的过程。 ，代表将代表我们行使最终表决权。 很容易看出，由于淘汰制度，如果出块人犯错或作恶，我们肯定会被淘汰出BP名单。

优点：有一点非常明显。 21个节点进行验证，验证过程可以达到秒级，完全达到商用水平。 并且它结合了拜占庭容错来提高安全性。

缺点：去中心化性弱，仍然依赖代币。 而整个生态与选民的素质息息相关，每一位EOS持有者都有义务为整个生态的健康发展而努力。

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