共识机制综述 | 本质剖析 浅谈机制对比

共识机制作为区块链技术中的核心部件，是进入区块链领域的必修课。不过要想理解共识机制，首先要了解区块链和其基本结构和必要概念。所以作为综述零篇，本文想先定义一些基本概念，为后面的讨论做好铺垫。

基本定义

首先我们需要定义区块链。定义很简单：区块链就是区块组成的链。

这是我读到的最简单定义，没有之一。有了这个基本定义，我们就可以研究：什么是区块，什么是链。

区块就是打包在一起的数字信息，且规定大小不能超过1M；而链，就是储存这些信息的数据库。那么接下来的问题是，区块装着什么信息，如何入链。区块的信息主要分为两部分：区块头和区块体。

- 区块信息（6）：Version, prevBlockHash, merkleRoot, time difficultyTarget, nonce.(具体内容信息见附表)

- 交易信息（3）：numTransactionsBytes, numTransactions, transactions.

所以区块装的是自身的身份信息和本身需要加密传递的交易信息。那么问题就来了，如何创建一个区块，这个区块凭什么上链，人们凭什么相信，上链的区块中的信息一定是真实可信、没有篡改、未被双花的交易信息？这些问题，就是共识机制要解决的。这里面有两个部分，第一个，区块如何产生；第二，区块产生后，如何被被全链认可。而共识机制，就是为完成这两个步骤而制定的规则。

共识机制原理

共识机制要解决的问题如下，如何确保交易数据真实、无法篡改、不能双花。

PoW

通过“工作量”进行证明：当某个节点提供出一个合理的Block Hash值，说明该节点确实经过了大量的尝试计算。以此保证整个系统只要不超过51%的节点作恶，就能保证最长链的正确性。

PoS

权益证明。相比PoW发工资的方式，PoS则是发利息。持币时间越长，持有币量越高，得到的分红越大。缺点是容易形成两极分化，无法全面普及权益。

PoS还有各种衍生、分支算法，比如DPoS，SPoS等，均是在权益证明的基础上增加相关细节规则，以尝试提高参与度和分利均衡。

BFT

BFT主要针对拜占庭将军问题，解决了故意作恶时，如何确保100%的准确性（比特币使用的PoW，就不是100%确保准确的），可是这种容错需要牺牲比例，BFT只能在不超过三分之一的节点作恶的情况下保证准确，而且规模不适宜应用，这也就是为什么，应用最广的是PBFT（实用型BFT）的原因。目前针对共识后半段，也就是如何达成一致这一过程，许多机制都采用PoW或者PoS加PBFT的方式。

DAG

DAG是共识上脱链的一次尝试。利用有向无环图采取大多数一致，抛弃少数错误的方式来决定方向，但是应用没有前几种广泛，目前还在尝试中。

其他相关共识还有PoX，PoA，PoD，PoB，PoI等等利用各种不同方式达成一致的规则尝试。以后有机会将更细致的逐个分析。

参考文献

1 Luke Fortney/what is blockchain

https://www.investopedia.com/terms/b/blockchain.asp

2 what is PoA权威证明（PoA）与其他共识机制相比有何不同？

https://www.jianshu.com/p/58913d425032

3 卓一凡/简单介绍什么是区块链

http://baijiahao.baidu.com/s?id=1603347470881357088&wfr=spider&for=pc

4 Lidiya007/区块链中区块的构成详解

https://blog.csdn.net/lidiya007/article/details/83657672

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