一文读懂区块链共识机制

区块链已成为现代的流行词，区块链技术也是目前最火热的，不论是企业还是个人都纷纷加入区块链行业这个大部队。

区块链是在互联网的基础上进一步的发展，是互联网社会的进一步升级，然而，往往一个新事物的出现总是会伴随着很多的质疑、研究与探讨。

那么，区块链是如何发展起来的？现在又是什么样的呢？小编带大家一起梳理一下。

一、热门的区块链

知道区块链的应该对中本聪这个名字不陌生，虽然目前还不知道他或他们到底是谁，但是这个名字可以说已经成为了区块链的一个标志。因为“区块链”来源于2008年中本聪发表的一篇题为《Bitcoin:一种点对点的电子现金系统》的文章。

在这篇文章中中本聪对于加密技术、时间戳技术、区块链网络架构等进行了详细的阐述，并在文章发表的两个月后诞生了Bitcoin第一个序列为0的创始区块，相隔6天后，序列为1的区块出现了，并与序号为0的创始区块相连接形成了链，自此，区块链也就诞生了。

二、Bitcoin的出现

Bitcoin是一个基于区块链技术的分布式全球记账网络，所有参与到网络中的节点都是一个记账节点。这些记账节点的单位被称为区块，在每个区块中记录了每笔交易的相关信息，例如买卖双方、时间和日期、总价值等。所有的交易条目按时间顺序连接，就形成了区块的数字链。

就目前来看，Bitcoin是一种底层的基础设施，简单的作为一种加密领域的数字资产。但是从其发展的路径来看，Bitcoin从最开始的点对点支付功能，演变成为了现在堪比黄金的价值存储功能。

三、智能合约的诞生

2013年，被称作是“V神”的Vitalik Buterin ，创造了以太坊，同时发布了白皮书。在该白皮书中，V神详细介绍了智能合约——支持分布式的应用程序开发。

在以太坊网络中，所有人都能够在智能合约的基础上创建区块链网络中的DAPP，并且在所有DAPP上都遵守相同的规则，该规则被编码到网络中，开发人员能够在 DAPP 中执行自己的规则。

现在，整个区块链领域大大小小的各类项目非常多，从底层设施的公链到各种DAPP的开发，从热门的DeFi赛道到分布式存储赛道，从爆发的NFT到元宇宙，区块链正逐渐形成庞大的生态系统。

四、区块链共识机制

不论是Bitcoin还是以太坊，或者是其他区块链网络的发展，都是有其自身的共识算法。在区块链这样的分布式网络中，所有的节点都是独立的、平等的，没有一个中心点来控制其他的节点。

那么如何保证在这个网络中的公平和自动运作呢？结合实践来看，最主要的一点就是因为共识机制。在一个公平、透明的网络中，所有网络中的参与者都达成了一个共识，认可所在网络的运行机制，并且能够主动为其作出贡献。

当然，作出贡献了也会有一定的奖励，这也就是我们常说的区块奖励。一般来说，伴随着共识机制而发展的就是这个网络的经济激励机制。

将共识与经济激励机制相结合，就会有更多人参与其中，用户和开发者组成的社区逐渐发展，最后会在这个网络上形成一个庞大的生态。

那么什么是共识，共识机制又是如何运行的呢？

举个简单的例子，在金庸先生的小说中，各大武林高手汇集，一般来说，武林高手都是实力派，谁也不服谁。

那江湖谁来治理？谁说了算呢？毕竟大家都是有底子的，那就简单粗暴一点，一轮一轮打，谁打赢了谁就是公认的武林盟主，大家都听从这个最强大的人。谁能够在擂台上接受众人的挑战，并且战胜到最后，谁就说了算，大家都认可这种形式，这就形成了一种共识，打擂台这种方式就是产生共识的共识机制。

图片来源于网络

同样的，在分布式网络的区块链中，各个节点如何就交易数据、贡献和奖励方面达成一致性呢？这就需要用到区块链中所说的共识机制了。

不同的网络会选择各自的一套共识机制来使得该网络中的所有节点之间形成普遍认可。总的来说，在区块链中，共识就是大家都认可并且愿意自觉遵守的一种规则。

接下来，小编为大家介绍几种应用广泛的共识机制：POW（工作量证明机制）、POS（权益证明机制）、POC（容量证明机制）、POA（权威证明机制）、CPOC（有条件的容量证明机制）

1、POW（工作量证明机制）

POW是第一个区块链共识算法，自2009年以来，伴随着Bitcoin的产生而出现。简单来说，POW共识算法就是确认网络参与者的工作量，并给予一定的奖励。

在POW共识算法中，要求发起者进行一定量的运算，也就意味着需要消耗一定量的运算时间。在该算法的运行方式中，网络参与者在区块链中添加一笔交易时，必须先解决某种复杂的计算问题。

这种方法可以确保网络参与者花费了一定的时间和资金来完成工作，这表明了他们不会损害区块链的系统，因为对系统的损害会损失他们自身的利益。

比如Bitcoin和以太坊都是采用POW的共识算法，目前是共识最为强大的两大区块链网络。POW的优点是一种最安全的共识算法，能够有效防止51攻击，自2009年面世以来，得到了广泛的认可。缺点是耗能较大，且吞吐速度较慢。

图片来源：https://blockchain.coinmarketcap.com/zh/chain/bitcoin

2、POS（权益证明机制）

POS也被成为股权证明，类似于银行存款。这种共识算法下，会根据网络参与者所持有的数字资产和持有的时长分派相对应的奖励，也就是类似于银行给存款发放的利息。

POS的出现实际上是为解决POW存在的耗能大的问题，所以它没有使用计算的功能，网络参与者不需要耗费巨大的能量，而是必须具有代表这个网络的数字资产。

网络参与者拥有的该数字资产越多且持有的时间越长，证明参与者对该网络的贡献越多，也就越值得信赖，在该网络中参与者获得下一个区块奖励的概率就越大。

例如以太坊正在从POW转向POS共识算法。在以太坊网络的POS共识算法中，用户需要质押 32 ETH（以太坊的数字资产） 才能成为验证者。验证者被随机选择来创建区块，并负责检查和确认他们没有创建的区块，用户所质押的ETH也能够获得一定的质押奖励。

POS的优点在于攻击成本高、节能、可扩展性大，且只要是有该网络的数字资产就能参与该网络，所以不易受规模经济的影响。缺点是一旦遭受完整的攻击，则整个网络就会失去价值。

图片来源：https://ethereum.org/en/

3、POA（权威证明机制）

POA不是独立的共识算法，而一种结合了POW和POS的共识算法。在POA共识算法中，每个活跃节点首先按照POW的机制，需要不断进行哈希计算，当节点计算出正确的哈希值并经过成功验证以后，则会将该区块作为数据源，导出N个随机的股权所有者。这些被选出来的股权所有者，就是被首先认可的账户，称之为验证人节点。

验证人节点必须要先对自身的身份进行认证，这里需要使用被广泛认可的并且存在于公共公证数据库中的身份，这是一个强制性过程。

同时，POA算法要求所有的验证人节点全部在线，任意一个验证人节点不在线，则会使得生成的新区块无法获得验证，从而导致新区块被丢弃。

POA共识算法会周期性的统计被丢弃区块的数量，并根据该数量来调整验证人节点的数量，若丢弃区块的数量较多，则减少验证人节点数量，反之，则会增加验证人节点。

例如公链赛道中的VeChain，由该项目基金会指定“权威主节点”，来维护VeChain网络的运行，每个节点运营商在任何给定时间必须持有至少 25,000,000 个 VET。

目前所对应的权威机构由101个VeChain“雷霆之源”超级节点组成，权威主节点是唯一被授权在VeChain雷神区块链上打包区块的节点，他们将获得每个区块交易费用的 30% 的奖励。

POA共识算法的优点是可以防止具有强大算力但仅持有少量股权的攻击者，其中POS部分使得这些攻击者得到出块的可能性是非常小的，因此无法进行有效攻击。而验证人节点依靠资产获利，这会使得验证人长期持有该资产，有利于该数字资产的保值和减少波动。POA的缺点是略微中心化，通常不能保证抗审查力。

图片来源：https://www.vechain.org/

4、POC（容量证明机制）

POC也被成为空间证明，该算法类似于POW，只不过是用空间代替了CPU进行计算。

在POC共识算法中，网络参与者利用计算机的硬盘空间，来存储提前运算好的哈希值。硬盘容量越大，储存在硬盘里的哈希值就越多，在区块网络中就越容易匹配到所需的哈希值，从而获得更多的区块奖励。

POC共识算法要求提前计算好哈希值并存储在硬盘中，所以网络参与者并不需要进行实时计算，只需要在硬盘中进行扫盘，以此来找到与区块所匹配的哈希值就能生成新的区块，也就是说，相比于POW而言，POC共识算法能够省去大量的计算时间和耗费的能量。

例如分布式存储赛道的Chia，在Chia刚出来的时候其“绿色BTC”、低门槛等特色吸引了一大波区块链领域人士纷纷入场。

通过不断地扫描硬盘中与区块匹配的哈希值，来获得区块奖励。目前Chia全网的容量已经高达32.16EiB（数据截止到11月1日），是当前全网容量最大的一个分布式存储类项目。

POC共识算法的优势在于节能环保、参与门槛低，只要有硬盘就能参与到该网络中。缺点在于，POC的广泛采用可能会引发生产更高容量硬盘的竞赛，增加个人参与门槛和被攻击的风险。

图片来源：https://xchscan.com/

5、CPOC（有条件的容量证明机制）

CPOC是在POC共识算法上进行升级的一种共识算法，增加了POS共识机制。在CPOC共识算法中，网络参与者也是利用硬盘空间来存储哈希值，从而参与区块奖励的竞争。与此同时，网络参与者还能够用自己持有的数字资产进行质押，以此来获得更多的区块奖励。

在CPOC共识算法中，实现了真正的低门槛参与。其一，CPOC是用硬盘来参与该网络，网络中的节点成本低，利用闲置的硬盘也能参与其中；其二，持有该网络中的数字资产也能够参与其中并获得奖励，且通常来说，质押数字资产越多的网络参与者获得的区块奖励也就越多。

例如以Bitcoin底层代码为基础，进一步添加智能合约，开发应用程序并发展其生态系统的“BTC3.0”--分布式搜索引擎QitChain，最终目标是成为有效信息聚合器，其内在经济机制中采用了CPOC的共识算法。有硬盘或者有该数字资产的个人或机构均可以参与到该网络中，网络参与者能够利用硬盘中填充的哈希值来获得一定的区块奖励，并且还能够通过质押其数字资产可以提高区块奖励数量，质押最多的前十大节点可以获得更多的奖励。

图片来源：https://www.qitchain.org/

CPOC共识算法的优点在于耗能低、绿色环保；在POS的机制下，该网络中的数字资产能够获得有效需求，支撑该网络的内部循环。缺点在于CPOC共识算法是一种创新的共识机制，需要不断发展其应用才能获得更强大的共识。

五、成败在于共识

除以上所提到的5种共识机制以外，还有DPOW（延时工作量证明机制）、DPOS（授权股权证明机制）、PBFT（实用拜占庭容错机制）、DBFT（授权拜占庭容错算法）、POB（烧毁证明机制）等等共识算法，这些基本上都是在为了在区块链网络中形成更强大、被更多人所认可的共识。

一次又一次的创新都是在丰富整个区块链领域，每一种共识算法都各有千秋。总的来说，只要是能够获得大家认可，并参与其中，用贡献来换取奖励，真正实现生态循环发展，就是成功的共识。