区块链常见共识算法（consensus）

什么是共识（consensus）？

共识一词在区块链中尤为重要，并且与更广泛的问题有关在分布式系统中同步状态，使得分布式系统中的不同参与者都（最终）就一个系统范围的状态达成一致，这被称为“达成共识”。共识机制是区块链去中心化的核心，不同的共识机制决定了该区块链的运作效率（可扩展性）、安全性、去中心化程度等众多特性。

当谈到去中心化记录保存和验证的核心功能时，仅依靠信任来确保从状态更新中获得的信息是正确的可能会成为问题。这种相当普遍的挑战在去中心化网络中尤其明显，因为没有中央实体来决定什么是真实的。缺乏中央决策实体是区块链平台的主要吸引力之一，因为由此产生的抵抗审查的能力以及对访问信息权限的授权缺乏依赖。然而，这些好处是有代价的：如果没有受信任的仲裁员，任何分歧、欺骗或差异都需要通过其他方式来调和。共识算法是用于协调安全性和去中心化的机制

虽然共识算法是区块链工作方式的重要组成部分，但它们在基础层运行，远低于智能合约的抽象。换句话说，大多数共识细节对智能合约的编写者是隐藏的。你使用以太坊不需要知道共识机制是怎么工作的，就像你使用互联网不需要知道路由是怎么工作的一样。

有哪些常见的共识机制？ 1、POW（Prove of Work）工作量证明

根据挖矿计算随机数nonce获取记账权，当随机数nonce使得区块头header进行相关计算后得到的数值小于目标值target即获得记账权。

通俗来讲就是大家用自己的算力暴力寻找一个值，如果这个值在相关运算之后得到的数值符合全网预定的要求数值即目标值，谁将获取相应的挖矿奖励，所以谁算力强、计算速度快谁就更大几率获得奖励。但是所做的计算除了获取奖励外无任何意义，所以极度浪费电力能源。但是也因为挖矿难度的增加和各项运营成本的提升使得作恶成本极高，也促使了使用pow的比特币能够安全平稳的运作到现在。使用pow牺牲了区块链不可能三角中的可扩展性，以保障区块链网络安全性和去中心化程度。

2、POS（Prove of Stake）权益证明

权益证明pos也需要通过哈希运算去竞争记账权，但是该共识机制会根据持有代币的时间和数量去给予相应的权益，从而根据自身权益的大小决定自身的挖矿难度（即权益不同挖矿对应的难度就不同）。pos在某种程度上降低了节点电力能源的消耗。

通俗的来讲就是谁有更多的代币（谁更有钱）就能更轻松的获取奖励，以至于占有绝对优势的记账权，但是由于自身的利益例如不想因为自身权益或者算力太大从而降低大众心中对该链的信心从而导致币价一落千丈或者信仰崩塌，这种情况下大多数矿池还是会选择自降算力。但是自古以来这个世界就是资本运作的世界，无论是pow或者pos，都是有实力的大鲸、机构占有多数的记账权。所以区块链的去中心化大多时候也叫多中心化，但是我们默认一定程度的多中心化就是去中心化。

3、DPOS（Delegated Proof of Stake）委托权益证明

DPoS 委托权益证明通过由持币人投票选举出一定数量的代表来达成共识。每个持币人的投票所占的比重与他持有的币种数量有关，持有的越多，所占的比重越大。被选出的代表可拥有记账权，轮流进行记账;未能很好履行职责的代表还会被投票除名。这一任期结束后，新的代表会再次通过投票产生。

通俗来讲就是拥有特定代币的账户可以进行质押投票，最后会选出提前约定好（例如获得代币投票总数排位在前24位）的节点作为代表进行记账然后获取相应的奖励，但是如果出现宕机时间超出规定时间、作恶、欺骗等行为节点质押的代币将会被没收受到对应的惩罚。有些链获得记账权的节点可以将获得的代币奖励按照自己设置好的规则（当然也可以一分钱不分）分发给支持自己的账户地址。

4、PBFT（Practical Byzantine FaultTolerance）实用拜占庭容错

该算法是Miguel Castro（卡斯特罗）和Barbara Liskov（利斯科夫）在1999年提出来的，解决了之前拜占庭容错算法效率不高的问题。PBFT将算法复杂度由指数级降低到多项式级，使得在实际系统应用中可以用此算法解决拜占庭容错问题。该算法常用于联盟链。

PBFT算法可以容忍小于1/3个无效或者恶意节点，即 3f+1<=n 。n为节点总数，f为作恶节点（发送虚假消息和无响应节点）。该算法大大提升共识效率。

5、PoRep 复制证明

复制证明是一个新型的存储证明，存储矿工需要向验证人证明自己把相应的数据存储在一个特定的设备上面，而不是把多份数据存储在一个设备上面。Filecoin采用复制证明有效阻止了女巫攻击、外包攻击、代攻击。

6、PoSt时空证明

时空证明则是在复制证明的基础上，加上时间戳等技术，得到一个一段时间内矿工存储数据的证明。即使用户不在线，也可以在未来的某个时候，利用时空证明去验证在该段时间内矿工存储的数据。PoSt是Filecoin在验证矿工存储用户数据的时候产生的，Filecoin把矿工在网络中的当前存储数据相对于整个网络的存储比例转化为矿工投票权（voting power of the miner），重用PoSt来产生共识。