共识算法是一种计算机科学中的程序，其中分布式 **网络的参与者就网络的状态或单个数据值的状态达成一致，并在网络中建立对未知对等方的信任。**共识算法的设计旨在使区块链的成员就验证网络上的交易、改变网络参数、决定哪些节点是值得信赖的以处理新块及其他重要功能达成一致。不要被本文的技术性质所迷惑——寻找“共识”无处不在——这是一个非常人性化的概念，只是应用于可以自动化的事物上。**首先，在集中式系统中，共识任务由中央权威进行。****在像比特币这样的去中心化系统中，我们有一个由数百、数千甚至数十万矿工或节点组成的网络，他们共同执行一个或多个任务，提供一个可靠而高效的生态系统。**考虑这个去中心化共识的例子，假设你在一群四个朋友中，其中一个成员亚历克斯引入了第五个人鲍勃。当鲍勃离开时，群体很可能会开始谈论鲍勃（这就是协议），以看看他们是否喜欢他（结果将是“共识”）_何塞：“鲍勃看起来是个不错的人。”_* * ** * *_凯文：“是啊，挺不错的家伙。你是怎么认识他的？”__亚历克斯：“他是我大学金融课上的一个同学；我们会分享加密货币交易技巧，他其实是个挺搞笑的人。”__凯文：“不错，但他的表情包真的很奇怪。”__约翰：“你就是不懂表情包文化。”__何塞：“是啊，你没花太多时间在抖音上滚动——我觉得他们挺搞笑的。”_在这个例子中，“共识”在于鲍勃是否融入了这个朋友群体。即使没有具体的承诺或合同，通常也会有 **必要的意见共识**。一个参与者，凯文，对让鲍勃加入群体持保留态度，但何塞、亚历克斯和约翰对鲍勃很满意。在这种情况下，如果我们要将上述例子编纂成一个共识算法：那么将是 3 个“他很好”和 1 个“他很好但我对XYZ不确定”，仍然结果为“他很好”。大多数人获胜，所以鲍勃将能够和酷孩子们一起玩，尽管凯文的意见。例如，比特币就是为了找出新交易是否有效（“酷”）而构建的。在这里，我们将回顾公共和私人网络中最流行——甚至不太流行——的区块链共识算法类型。什么是工作量证明？----------------------**工作量证明（PoW）是最流行且最古老的共识算法，随比特币于2009年由中本聪创建而诞生。** PoW系统由一个全球矿工网络组成——称为网络节点——这些矿工竞争以解决数学难题。成功解决难题的矿工赢得了添加新块到区块链的权利，并获得以新创建的加密货币支付的奖励。工作量证明基本上是矿工展示他们提供计算能力以实现网络共识和验证每个区块真实性的证据。此外，每个区块（交易）按顺序排列，消除了双重消费的风险。到目前为止，PoW一直是加密货币区块链中最安全的共识机制。更改网络将要求攻击者重新挖掘链中所有现有块。区块链越大，垄断网络计算能力就越难，因为这需要巨大的能源消耗和昂贵的设备。一旦矿工解决了难题，他们会找到一个 nonce（一次性使用的数字），该数字生成的哈希值小于或等于网络难度设定的值。Nonce是 PoW 系统的核心部分，因为它将允许矿工创建一个使用 SHA-256 哈希函数哈希的块头，这意味着在链中放置一个块的引用编号。块头还包含时间戳和前一个块的哈希。### PoW 的缺点矿工需要提供相当大的计算能力来解决难题。但由于计算复杂，单个 S9 Antminer 的能耗通常在 1400 – 1500 瓦每小时，哈希率为 14.5 TH/s。更强大的 S19 版本每小时消耗 3250 瓦，哈希率为 110 TH/s。通过一些数学计算，我们可以计算出数据中心或矿业公司在单个地点每天消耗的能源，拥有数百或数千个矿机。高能耗和对环境的破坏是工作量证明的主要批评。为了更好地理解这一点，在以太坊切换到权益证明之前，全球以太坊矿工每年的能耗约为 10 TWh，相当于捷克共和国的能耗。**巨大的噪音也会损害人类的听力——超过 80 dBa。这就是为什么矿机通常被放置在地下室或矿房，以避免打扰日常活动。**什么是权益证明？-----------------------权益证明（PoS）是第二受欢迎的共识算法。与矿工不同，PoS 区块链有网络验证者，他们使用自己的币/代币作为对网络承诺的证据，而不是计算能力。质押意味着在区块链平台上“锁定”加密资产一段时间，作为回报，用户将获得更多的加密货币。### PoW 与 PoS：主要区别在 PoS 中，用户可以质押一部分资产，目的是产生被动收入。另一种选择是成为验证者。与 PoW 系统不同，验证者并不竞争创建新块，因为他们是由算法随机选择的。用户质押的币/代币越多，成为验证者并在区块链中创建新块的机会就越大。在 PoW 系统中，生成新块的时间由挖矿难度决定；参与者越多，哈希算力就越大，即挖掘新块所需的计算能力。相比之下，PoS 区块链有一个固定的块生成时间，划分为时隙——创建一个块所需的时间——以及纪元，这些是由时隙组成的时间单位。为了更好地解释这一点，以太坊中的一个时隙为 12 秒，这是网络创建一个块所需的时间，32 个时隙创建一个纪元。因此，一个纪元为 6.4 分钟。每个 PoS 区块链的时隙都有预定数量的验证者，他们对所提议块的有效性进行投票。如果块有效，它将被添加到链中，块提议者和证明者将获得 ETH 奖励。PoS 区块链惩罚攻击网络的恶意行为者，例如 51% 攻击，这被称为削减，诚实的验证者将恶意验证者驱逐出网络并耗尽其余额。这会对恶意行为者构成威慑，因为所需的质押资金数量非常高。在以太坊的情况下为 32 ETH。PoS 的优点：* 相较于 PoW，能耗更低* 比 PoW 更适合与第 2 层解决方案协作* 由于在块被传递之前建立了共识，因此能够实现更高的吞吐量。* 相较于 PoW 区块链，更便宜，因为它不需要高级硬件来创建新块。PoS 的缺点* 如果持有大量质押代币的验证者能够影响网络，PoS 系统仍然容易集中化。* 与 PoW 区块链相比，安全性证明较少。什么是历史证明？-------------------------**历史证明（PoH）是由 Solana 区块链提出的一种共识算法，旨在对网络上的所有事件进行时间戳，以证明它们在特定时间发生。** PoH 可以被描述为一个加密时钟，按顺序确认交易。Solana 将其 PoH 方法与 PoS 结合。因此，网络参与者必须质押 SOL 以成为验证者并处理新块，而 PoH 机制验证这些交易的有效性。在其他词中，PoH 维护安全性，而 PoS 带来了一个可以验证时间戳并确认交易的验证者网络。然而，Solana 为提供闪电般的交易吞吐量而牺牲了去中心化。该区块链依赖于一种半中心化架构，其中一个单一节点被选为领导者，负责实施单一时间源，即 PoH 时钟，所有其他节点必须相应地遵循时间顺序。领导者通过 PoS 选举周期性选出。尽管 Solana 是行业中最快的区块链之一，但它确实经常遭受停机。自 2020 年推出以来，网络经历了大约十次停机，其中五次发生在 2022 年。这些停机的主要原因是“配置错误的节点”。什么是委托权益证明？---------------------------------**委托权益证明（DPoS）是 PoS 概念的一种变体，其中社区扮演中心角色。**在 DPoS 区块链中，社区成员质押他们的加密货币以投票选出下一个见证人或代表进行区块生产。为此，用户必须将他们的代币汇入区块链的质押池，然后将资金链接到指定的代表。DPoS 由前 EOS 首席技术官丹·拉里默开发，他在2015年将该算法实施在 BitShares 上。拉里默和其他 DPoS 支持者表示，DPoS 扩大了民主范围，因为是社区选择下一个验证者。如今，像 TRON 和 Cardano 这样的区块链使用 DPoS。然而，DPoS 的批评在于其方法倾向于富裕用户。持有大量代币的人在网络中可以有更大的影响力。维塔利克·布特林是最早的 DPoS 批评者之一，他在一篇博客文章中声称，这种共识算法激励见证人形成卡特尔，并贿赂选民以获得支持。什么是权威证明？---------------------------**权威证明（PoA）是一种共识算法，只有被授权的成员才能与区块链交互，进行交易，进行或建议网络参数更改，审查交易历史等。**这个术语是由加文·伍德创造的，他是一位区块链开发者，也是以太坊、波卡和库萨马网络的共同创始人。在 PoA 区块链中，**一切都与声誉有关——网络参与者质押他们的身份而不是硬币。** 它们提供更高的可扩展性和吞吐量，因为它只依赖于有限数量的验证者。我们可以认为这是一个高度集中化的模型，但 PoA 区块链通常是私有的，更适合利用区块链技术来增强企业和运营系统的企业和组织。什么是经过时间证明？------------------------------**经过时间证明（PoET）是另一种最适合私有区块链的共识算法。**PoET 算法最初由英特尔软件开发人员提出，并实施到 Hyperledger Sawtooth，针对私有区块链和机构。该算法可能不如其他区块链流行，因为它没有得到充分定义。但其想法是提供一个现成的、中本聪风格的引擎，使私有区块链能够选择下一个区块生产者。它们有什么不同呢？好吧，该算法为每个网络节点生成一个“随机等待时间”，在此期间，节点必须“_休眠_”。等待时间最短的节点最先唤醒，并赢得在链中生成区块的权利。因此，主要的区别在于 PoET 中的矿工并不是 24/7 运行，而是消耗更少的能源。此外，在 PoW 网络中，矿工竞争哈希下一个区块头，而在 PoET 中，它更像是一个随机选择系统。共识算法常见问题解答：--------------------------**以太坊在转向 PoS 后会变得更快吗？**一个常见的误解是，以太坊在转型为基于 PoS 的区块链后会自动扩展。然而，这一转型是为了增强以太坊，通过：* 降低能耗* 降低进入门槛，消除硬件要求* 允许对节点不当行为处以经济惩罚* 引入新的代币发行模型* 以及更好的基础设施来与以太坊第 2 层解决方案协作。**什么是无权限区块链和有权限区块链？**无权限区块链指的是一种公共区块链，任何人都可以进行交易、审查交易历史、质押币、成为验证者等。另一方面，在有权限（私有）区块链中，只有获得许可的成员才能访问网络进行交易、与网络节点交互、跟踪链上活动等。**工作量证明是最安全的共识算法吗？** PoW 有其公平的缺点，但到目前为止，它仍然是维护区块链网络共识和安全的最可靠、最可信的方式。最后的想法：共识算法解释---------------------------------------------区块链是一种能够解决不同产业中的许多挑战和痛点的技术，不仅限于银行和金融。然而，它也有自身的一系列缺点。因此，开发者创建了多种类型和版本的共识算法，以解决常见问题，例如集中化、缺乏可扩展性和低吞吐量。但是，谈论区块链算法的未来是困难的，因为有一个挑战：区块链三难问题。维塔利克·布特林首先提出，该问题指出区块链网络无法提供三种好处中的两种：去中心化、安全性和可扩展性。有几个区块链平台，如 Fantom 和 Solana，实施了它们自己的混合版本的共识算法，以试图解决区块链三难问题，但到目前为止，没有一个真正成功。已经采取其他技术方法来增强区块链的属性，最受欢迎的方法之一是第 2 层解决方案，这些链连接到第 1 层，例如，Arbitrum 与以太坊，和分片，这将整个区块链划分为多个较小的网络。布特林认为分片是提供完美区块链三种属性的最佳方法。
不同类型的共识算法
共识算法是一种计算机科学中的程序，其中分布式 网络的参与者就网络的状态或单个数据值的状态达成一致，并在网络中建立对未知对等方的信任。
共识算法的设计旨在使区块链的成员就验证网络上的交易、改变网络参数、决定哪些节点是值得信赖的以处理新块及其他重要功能达成一致。
不要被本文的技术性质所迷惑——寻找“共识”无处不在——这是一个非常人性化的概念，只是应用于可以自动化的事物上。
首先，在集中式系统中，共识任务由中央权威进行。
在像比特币这样的去中心化系统中，我们有一个由数百、数千甚至数十万矿工或节点组成的网络，他们共同执行一个或多个任务，提供一个可靠而高效的生态系统。
考虑这个去中心化共识的例子，假设你在一群四个朋友中，其中一个成员亚历克斯引入了第五个人鲍勃。当鲍勃离开时，群体很可能会开始谈论鲍勃（这就是协议），以看看他们是否喜欢他（结果将是“共识”）
何塞：“鲍勃看起来是个不错的人。”
凯文：“是啊，挺不错的家伙。你是怎么认识他的？”
亚历克斯：“他是我大学金融课上的一个同学；我们会分享加密货币交易技巧，他其实是个挺搞笑的人。”
凯文：“不错，但他的表情包真的很奇怪。”
约翰：“你就是不懂表情包文化。”
何塞：“是啊，你没花太多时间在抖音上滚动——我觉得他们挺搞笑的。”
在这个例子中，“共识”在于鲍勃是否融入了这个朋友群体。即使没有具体的承诺或合同，通常也会有 必要的意见共识。一个参与者，凯文，对让鲍勃加入群体持保留态度，但何塞、亚历克斯和约翰对鲍勃很满意。
在这种情况下，如果我们要将上述例子编纂成一个共识算法：那么将是 3 个“他很好”和 1 个“他很好但我对XYZ不确定”，仍然结果为“他很好”。大多数人获胜，所以鲍勃将能够和酷孩子们一起玩，尽管凯文的意见。
例如，比特币就是为了找出新交易是否有效（“酷”）而构建的。
在这里，我们将回顾公共和私人网络中最流行——甚至不太流行——的区块链共识算法类型。
什么是工作量证明？
工作量证明（PoW）是最流行且最古老的共识算法，随比特币于2009年由中本聪创建而诞生。 PoW系统由一个全球矿工网络组成——称为网络节点——这些矿工竞争以解决数学难题。成功解决难题的矿工赢得了添加新块到区块链的权利，并获得以新创建的加密货币支付的奖励。
工作量证明基本上是矿工展示他们提供计算能力以实现网络共识和验证每个区块真实性的证据。此外，每个区块（交易）按顺序排列，消除了双重消费的风险。
到目前为止，PoW一直是加密货币区块链中最安全的共识机制。更改网络将要求攻击者重新挖掘链中所有现有块。区块链越大，垄断网络计算能力就越难，因为这需要巨大的能源消耗和昂贵的设备。
一旦矿工解决了难题，他们会找到一个 nonce（一次性使用的数字），该数字生成的哈希值小于或等于网络难度设定的值。
Nonce是 PoW 系统的核心部分，因为它将允许矿工创建一个使用 SHA-256 哈希函数哈希的块头，这意味着在链中放置一个块的引用编号。块头还包含时间戳和前一个块的哈希。
PoW 的缺点
矿工需要提供相当大的计算能力来解决难题。但由于计算复杂，单个 S9 Antminer 的能耗通常在 1400 – 1500 瓦每小时，哈希率为 14.5 TH/s。更强大的 S19 版本每小时消耗 3250 瓦，哈希率为 110 TH/s。
通过一些数学计算，我们可以计算出数据中心或矿业公司在单个地点每天消耗的能源，拥有数百或数千个矿机。高能耗和对环境的破坏是工作量证明的主要批评。
为了更好地理解这一点，在以太坊切换到权益证明之前，全球以太坊矿工每年的能耗约为 10 TWh，相当于捷克共和国的能耗。
巨大的噪音也会损害人类的听力——超过 80 dBa。这就是为什么矿机通常被放置在地下室或矿房，以避免打扰日常活动。
什么是权益证明？
权益证明（PoS）是第二受欢迎的共识算法。与矿工不同，PoS 区块链有网络验证者，他们使用自己的币/代币作为对网络承诺的证据，而不是计算能力。
质押意味着在区块链平台上“锁定”加密资产一段时间，作为回报，用户将获得更多的加密货币。
PoW 与 PoS：主要区别
在 PoS 中，用户可以质押一部分资产，目的是产生被动收入。另一种选择是成为验证者。与 PoW 系统不同，验证者并不竞争创建新块，因为他们是由算法随机选择的。用户质押的币/代币越多，成为验证者并在区块链中创建新块的机会就越大。
在 PoW 系统中，生成新块的时间由挖矿难度决定；参与者越多，哈希算力就越大，即挖掘新块所需的计算能力。相比之下，PoS 区块链有一个固定的块生成时间，划分为时隙——创建一个块所需的时间——以及纪元，这些是由时隙组成的时间单位。
为了更好地解释这一点，以太坊中的一个时隙为 12 秒，这是网络创建一个块所需的时间，32 个时隙创建一个纪元。因此，一个纪元为 6.4 分钟。每个 PoS 区块链的时隙都有预定数量的验证者，他们对所提议块的有效性进行投票。如果块有效，它将被添加到链中，块提议者和证明者将获得 ETH 奖励。
PoS 区块链惩罚攻击网络的恶意行为者，例如 51% 攻击，这被称为削减，诚实的验证者将恶意验证者驱逐出网络并耗尽其余额。这会对恶意行为者构成威慑，因为所需的质押资金数量非常高。在以太坊的情况下为 32 ETH。
PoS 的优点：
PoS 的缺点
什么是历史证明？
历史证明（PoH）是由 Solana 区块链提出的一种共识算法，旨在对网络上的所有事件进行时间戳，以证明它们在特定时间发生。 PoH 可以被描述为一个加密时钟，按顺序确认交易。
Solana 将其 PoH 方法与 PoS 结合。因此，网络参与者必须质押 SOL 以成为验证者并处理新块，而 PoH 机制验证这些交易的有效性。在其他词中，PoH 维护安全性，而 PoS 带来了一个可以验证时间戳并确认交易的验证者网络。
然而，Solana 为提供闪电般的交易吞吐量而牺牲了去中心化。该区块链依赖于一种半中心化架构，其中一个单一节点被选为领导者，负责实施单一时间源，即 PoH 时钟，所有其他节点必须相应地遵循时间顺序。领导者通过 PoS 选举周期性选出。
尽管 Solana 是行业中最快的区块链之一，但它确实经常遭受停机。自 2020 年推出以来，网络经历了大约十次停机，其中五次发生在 2022 年。这些停机的主要原因是“配置错误的节点”。
什么是委托权益证明？
委托权益证明（DPoS）是 PoS 概念的一种变体，其中社区扮演中心角色。
在 DPoS 区块链中，社区成员质押他们的加密货币以投票选出下一个见证人或代表进行区块生产。为此，用户必须将他们的代币汇入区块链的质押池，然后将资金链接到指定的代表。
DPoS 由前 EOS 首席技术官丹·拉里默开发，他在2015年将该算法实施在 BitShares 上。拉里默和其他 DPoS 支持者表示，DPoS 扩大了民主范围，因为是社区选择下一个验证者。如今，像 TRON 和 Cardano 这样的区块链使用 DPoS。
然而，DPoS 的批评在于其方法倾向于富裕用户。持有大量代币的人在网络中可以有更大的影响力。维塔利克·布特林是最早的 DPoS 批评者之一，他在一篇博客文章中声称，这种共识算法激励见证人形成卡特尔，并贿赂选民以获得支持。
什么是权威证明？
权威证明（PoA）是一种共识算法，只有被授权的成员才能与区块链交互，进行交易，进行或建议网络参数更改，审查交易历史等。
这个术语是由加文·伍德创造的，他是一位区块链开发者，也是以太坊、波卡和库萨马网络的共同创始人。
在 PoA 区块链中，一切都与声誉有关——网络参与者质押他们的身份而不是硬币。 它们提供更高的可扩展性和吞吐量，因为它只依赖于有限数量的验证者。我们可以认为这是一个高度集中化的模型，但 PoA 区块链通常是私有的，更适合利用区块链技术来增强企业和运营系统的企业和组织。
什么是经过时间证明？
经过时间证明（PoET）是另一种最适合私有区块链的共识算法。
PoET 算法最初由英特尔软件开发人员提出，并实施到 Hyperledger Sawtooth，针对私有区块链和机构。
该算法可能不如其他区块链流行，因为它没有得到充分定义。但其想法是提供一个现成的、中本聪风格的引擎，使私有区块链能够选择下一个区块生产者。它们有什么不同呢？好吧，该算法为每个网络节点生成一个“随机等待时间”，在此期间，节点必须“休眠”。等待时间最短的节点最先唤醒，并赢得在链中生成区块的权利。
因此，主要的区别在于 PoET 中的矿工并不是 24/7 运行，而是消耗更少的能源。此外，在 PoW 网络中，矿工竞争哈希下一个区块头，而在 PoET 中，它更像是一个随机选择系统。
共识算法常见问题解答：
以太坊在转向 PoS 后会变得更快吗？
一个常见的误解是，以太坊在转型为基于 PoS 的区块链后会自动扩展。然而，这一转型是为了增强以太坊，通过：
什么是无权限区块链和有权限区块链？
无权限区块链指的是一种公共区块链，任何人都可以进行交易、审查交易历史、质押币、成为验证者等。另一方面，在有权限（私有）区块链中，只有获得许可的成员才能访问网络进行交易、与网络节点交互、跟踪链上活动等。
工作量证明是最安全的共识算法吗？ PoW 有其公平的缺点，但到目前为止，它仍然是维护区块链网络共识和安全的最可靠、最可信的方式。
最后的想法：共识算法解释
区块链是一种能够解决不同产业中的许多挑战和痛点的技术，不仅限于银行和金融。然而，它也有自身的一系列缺点。因此，开发者创建了多种类型和版本的共识算法，以解决常见问题，例如集中化、缺乏可扩展性和低吞吐量。
但是，谈论区块链算法的未来是困难的，因为有一个挑战：区块链三难问题。维塔利克·布特林首先提出，该问题指出区块链网络无法提供三种好处中的两种：去中心化、安全性和可扩展性。有几个区块链平台，如 Fantom 和 Solana，实施了它们自己的混合版本的共识算法，以试图解决区块链三难问题，但到目前为止，没有一个真正成功。
已经采取其他技术方法来增强区块链的属性，最受欢迎的方法之一是第 2 层解决方案，这些链连接到第 1 层，例如，Arbitrum 与以太坊，和分片，这将整个区块链划分为多个较小的网络。布特林认为分片是提供完美区块链三种属性的最佳方法。