如何理解区块链中的共识机制

谈到区块链一般我们会说，它是一个分布式账本，一个巨大的数据库，那么分布式账本结构、P2P动态网组、非对称加密等各项技术就是守护这个数据库的卫兵，保障数据库的安全不被窃取和篡改。

共识机制则是一套完整的数据入库规则，一个“数据水龙头”，维持数据库持续增长。

布比联合创始人张明裕常用微信群来解释什么是区块链，那么在一个群里是什么决定了大家讨论什么、如何讨论呢？就是共识机制，它是一个群的灵魂。

1. 什么是共识机制

什么是共识机制？对的没错，共识机制就是你理解的那个意思，不用去研究所谓的定义。

如果你想深入了解一下它的产生背景，下面一段话就是最好的表述：

由于加密货币多数采用去中心化的区块链设计，节点是各处分散且平行的，所以必须设计一套制度，来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。

这样的制度，必须依赖某种方式来证明，是由谁取得了一个区块链的打包权（或称记帐权），并且可以获取打包这一个区块的奖励；又或者是谁意图进行危害，就会获得一定的惩罚，这就是共识机制。

多数情况下，我们谈共识机制谈的就是共识算法本身，算法在设计的时候就包含了一定的规则设计。

所谓共识机制包括共识算法和共识规则的分法其实没必要去深究，只会越厘越乱。

2. 几种主流共识机制的特点

1 POW

工作量证明，就是我们常说的“挖矿”，是中本聪在其论文《一种点对点的电子现金系统》中提出的一种共识规则，通过节点间的算力竞争来保证数据的一致性和不可篡改性。

在该共识机制下，依靠算力来争夺记账权获得系统奖励。因为“挖矿”需要高昂的电力成本和设备成本，普通参与者难以参与，原本去中心化的设计又被集中在了矿工群体的小中心里。

2 POS

权益证明，通过占有的系统token数量和时间来分配权益，争夺记账权。相比POW纯算力的竞争，POS增加了更多制度的设计，效率明显提升，也更适合商用。

万向区块链董事长兼 CEO 肖风在公开演讲中表示，“PoS的技术加上制度设计，加上规则的设计，这两个加一块，也许是解决我们所有的商业应用的一个最合适的方法。”

在POS中，如果重量级节点并不具备专业的知识和足够预算，将会再次拖累共识效率。于是便有了DPOS（委托权益证明），通过类似民主大会的形式，选举出适合的节点代表来运行网络，出块效率进一步提升。

3 PBFT

PBFT是PracTIcal ByzanTIne Fault Tolerance的缩写，意为实用拜占庭容错算法。解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。该算法诞生于1999年，是公认算法中最成熟的一种。

在PBFT机制下有一个视图的概念，一个视图包含一个主节点和多个备份节点。

主节点负责将来自客户端的请求排好序号发给备份节点。备份节点会主动检测这些序号的合法性，并通过超时机制检测主节点是否宕掉，一旦出现异常，将会触发视图更换协议来选举新的主节点。

主节点的记账信息获得备份节点的共识之后，成为最终发布的区块，并且该区块是不可逆的。所以里面的交易是百分之百确认的，区块不会分叉。

4 DPOS+BFT

在该共识机制下，根据账户中的权益对节点分配权重优先级，形成基于节点权重的记账人节点选取机制。节点可以通过申请成为候选人节点，经过选举/抽签等方式最终成为记账人节点。

共识阶段，在记账人节点中选择出共识区块的提议者，由提议者提出对某个区块进行验证。记账人和提议者每轮验证均会更换，多次验证成功后完成记账，最终形成共识。

布比区块链基于拜占庭容错算法构建区块链共识，同时支持PBFT、DPOS+BFT等多种共识算法，做到了秒级别确认用户交易，不会产生链分叉。

同时，布比区块链支持多条子链的双层共识、子链共识节点的子集映射，在高性能基础上实现可扩展和安全性。

3. 怎样评价共识机制

谈共识机制，难免会简单地用单维度进行好或者不好、性能优劣、去中心化程度来进行评价。实际上对共识机制的评价应该是多维度的，共识机制是区块链系统中的一部分，需要与系统匹配实现良好运转。

布比区块链创始人蒋海曾表示，“单纯追求高TPS的意义不大，应该找到合适的应用场景，符合商业逻辑，从实际需求出发。”

如同一颗螺丝钉，我们不能单从它的大小、长度、颜色、材质来评价，而要结合它的使用场景，用在手机里还是挖掘机上它的评价维度是完全不同的。

实际应用中，应该具体根据使用场景来评价和选择共识机制。

比特币是一种加密货币，对安全性和去中心化程度要求很高，那POW算法就是合适的。以太坊增加了智能合约，需要高TPS来支撑，最初的POW算法就无法适应，便要向POS转变。所以选择适合应用场景的共识机制才是最合适的。
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