听说不懂“区块链”就真的OUT了?分布式数据存储、点对点传输、共识机制...这些“高大上”的名词到底是什么意思。

数金博士88问,带你从零认识区块链,一起揭开区块链的神秘面纱。

 

区块链技术给数字经济时代带来了巨变的曙光。 

这种巨变在互联网近50年的历史上曾发生过两次。

第一次巨变是全球性的联网,自1969年阿帕网诞生以来,全世界主流国家逐渐接入互联网,开启了全球联网的征程。

第二次巨变是全球性的应用,自1989年万维网论文问世后,互联网应用全面开花,实现了应用全球爆发。

 第三次巨变正在酝酿。

 ——《腾讯区块链方案白皮书》

 

区块链是一种去中心化的分布式账本,每个人手上都有一本完整的账本,全网共有,随着节点的不断增多,数据越多,账本也越安全,难以摧毁。除此之外,任意一个或者部分节点的账本被篡改,都不可能被全网认同,除非你能控制51%的节点,即51%攻击,但是这耗能巨大,几乎是不可能的。

 

什么是共识机制?

加密货币多数采用去中心化的区块链设计,共识机制主要是为了维护系统的运作顺序与公平性,统一区块链的版本,并奖励提供资源、维护区块链的使用者,以及惩罚恶意的危害者,解决分散的对等货币体系中所谓的“拜占庭将军问题”。

为了能够支持整个区块链系统的运行,需要各节点矿工参与,参与的主要原因是因为有奖励,奖励可以去交易所换成金钱,参与的过程似类于挖矿,矿工在共识机制的规则下才能获得奖励,币种不同其共识机制也不同,这种机制需要依赖某种方式来证明。

目前,区块链技术有几个主流的共识机制:POW、POS、DPOS、PBFT、RAFT、PXOS、ZAB等,其中POW、POS、DPOS这三种共识机制最为常见。

POW —— proof of work(工作量证明)

 

按劳分配,多劳多得

工作量证明的原理:证明人出示计算结果,这个结果众所周知且很难计算,但很容易被验证。通过验证这个结果,任何人都能够确认证明人执行了一定量的计算工作量来产生这个结果。

POW机制最早出现在比特币中,也是区块链里出现较早的共识机制,POW算法通过工作量的大小来统计数据,例如一块矿石含铁量5%,要想得到数量为5的铁,就需要100以上这样的矿石,铁越多证明拥有提炼铁的矿石越多,铁越多这个证明就越可靠。

POW通过一定的工作量来证明在区块链网络上众多节点中有记账权利。例如在比特币中的挖矿行为,即通过计算机运行某个开源程序,解一道数学题,谁先解出这道数学题,谁就有权利生成一个数据区块(并得到比特币作为奖励),即记账,然后将这个数据区块全网广播,让其他节点复制,算力越高的计算机,挖矿成功的概率越大。

POW优点:

1、去中心化,将记账权公平的分派到各个节点。用于挖矿的矿机的性能越好,获得的收益越多,根据工作证明来执行币的分配方式。

2、安全性高,破坏系统需要投入极大的成本,如果想作弊,必须压倒大多数人的算力(51%攻击),几乎不可能实现。

POW缺点:

1、浪费资源,有统计结果显示,迄今为止,比特币一年的耗电量已经达到了捷克共和国一年的用电量(69.7万亿千瓦时)。

2、效率低,容易产生分叉,区块的确认共识达成的周期较长(10分钟),不适合商业应用。

3、POW共识算法算力集中化,慢慢的偏离了去中心化。例如比特币的扩容之争,算力高的大型矿池是主人,而持币的人没有参与决定的权利。

典型代表:BTC(及N个BTC分叉币)ETH,LTC......

就因为POW机制有以上缺点,才有了POS机制的出现。

POS —— proof of stake(权益证明)

按钱分配,钱生钱

权益证明机制,也称股权证明机制,POS机制的原理是根据持有货币的量和时间,发放“利息”。在现实世界中 POS 很普遍,最为熟知的例子就是股票,股票是用来记录股权的证明,股票持有量多的,拥有更高更多的投票权和收益权。

币龄

在POS模式下,有一个名词叫币龄(币龄=持币数×持币时间),采用POS的数字资产,系统会根据币龄分配相应的权益,每个币每天产生1币龄。比如你持有100个币,总共持有了30天,那么,你的币龄就为3000,此时,如果发现了一个POS区块,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%),那么在这个案例中,利息 = 3000 * 5% / 365 = 0.41个币。(每个POS的币种年利率不同)

POS就像到银行存钱,银行根据你存钱的多少和存钱的时间,给你算利息,在交易中,区块持有者可以消耗自身的币龄来获得利息,同时为整个网络产生了一个区块并获得POS造币的权利,POS区块的产生具有随机性。

POS优点:

1、节能、环保,不需要靠比拼算力挖矿,不需要消耗大量能源。

2、在一定程度上缩短了共识达成的时间,提高了系统效率。

3、防作弊,若拥有51%币的人发起攻击,自己的利益也会受损。

POS缺点:

1、实现规则复杂,参杂了人为因素,容易产生安全漏洞。

2、POS机制的加密货币,基于流动性的缺点,如果参与的人并不会很多,就导致了它的信用基础不够牢固。

3、可能带来中心化的结果,在POS机制里,拥有币和币龄越高的节点拥有着越高产生新区块的权力,就会产生马太效应,穷者越穷,富者越富。

POW和POS虽然解决了记账一致性的问题,但POW会导致算力集中而走向中心化,POS虽然考虑了POW的缺点,但同样存在很多问题,于是就有了DPOS的出现。

DPOS —— delegated proof of stake(委托权益证明)

 

人民代表,全民代币

委任权益证明机制又称股份授权证明机制,是在POS基础上优化而来的,DPOS 是一个24小时不间断的股东投票机制,选择一些节点代表来参与交易验证和记账,每一个持有比特股的人进行投票,由此产生101位代表 , 我们可以将其理解为101个超级节点或者矿池,而这101个超级节点彼此的权利是完全相等的。类似于全国人名代表大会制度,如果代表不能履行他们的职责(当轮到他们时,没能生成区块),他们会被除名,网络会选出新的超级节点来取代他们。

DPOS优点:

1、不需要耗费能源和硬件设备,不需要挖矿,不需要全节点验证,由有限数量的见证节点进行验证,达到秒级的共识验证,可在1.5s的时间内以99.9%的确定性确认交易。

2、更加去中心化。见证人通过民主公平的方式产生,并且可以随时更换,本质来讲是弱中心化的。

DPOS缺点:

1、投票的参与度不高。绝大多数持股人(90%+)从未参与投票,因为投票需要时间、精力以及技能,在没有经济手段激励的情况下持股人参与度会随之下降。

2、减弱了去中心化的程度,代理记账节点选举过程中存在巨大的人为操作空间,社区选举不能及时有效的发现破坏节点的出现,从而影响选举结果,造成安全隐患。

3、严重依赖于节点所持有的代币,代币在很多国家都是被禁止的。

典型代表:EOS、BTS

 三者之间的对比

 

(区块链共识机制对比)

POW简单粗暴但极为有效,通过节点首先自证其资质后才进行广播,大幅度减少了网络间的通讯压力,问题在于自证资质的计算资源消耗大。

POS通过代币数量作为权重依据,这种机制的好处在于没有消耗计算资源的自证资质过程,但对网络压力极大。

DPOS是POS的升级,节点选举代理人,由代理人验证和记账,代理人就成为了“人大代表”,通过缩小选举节点的数量以减少网络压力。

对比这三种最常用的共识算法,不难发现迭代后的共识机制相较于之前的共识机制,都有一定的提升,也弥补了一定的不足,但是每一种共识机制依旧存在一定的缺陷:要么牺牲效率来确保去中心化程度,要么牺牲去中心化程度来提升效率。它们的诞生都围绕着一个核心——如何更加公平、公正、透明、轻量(不过多消耗资源)、高效(更快)的达成共识,挑选出记账的人(节点)。随着区块链技术不断发展,共识机制也会不断优化!

来源:数金链

本文由布洛克专栏作者发布,不代表布洛克观点,版权归作者所有

——TheEnd——



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