区块链中共识机制的常见类型是什么？

区块链利用了各种共识机制，例如工作证明（能源密集但安全），商品证明（能源有效但潜在的集中式）和自权证明（快速但较少的分散），每种都在安全性，可扩展性和能量消耗方面取决于权衡。

2025/02/28 10:42

区块链中共识机制的常见类型是什么？

要点：

• 工作证明（POW）：一个计算密集的过程，要求矿工解决复杂的加密难题以验证交易并在区块链中添加新区块。该机制以其安全性而闻名，但遭受了高能量消耗的影响。
• 风险证明（POS）：一种更节能的机制，根据其持有的加密货币量选择验证器。验证者因验证交易而受到奖励，并因恶意行为而受到惩罚。与POW相比，这提供了提高的可伸缩性和降低的能耗。
• 授权证明（DPO）： pos的变化，令牌持有人投票支持代表他们验证交易的代表。这旨在通过允许较小的利益相关者间接参与验证来提高效率和参与。
• 授权证明（POA）：一种权限的共识机制，其中一组预先选择的验证者（当局）负责验证交易。这种机制优先考虑速度和效率，但损害了权力下放。
• 历史证明（POH）：一种使用可验证的，密码固定的时间戳计划来订购交易的机制。这允许更快的交易处理和提高的可伸缩性。
• 实用的拜占庭式容错（PBFT）：旨在在分布式系统中实现高容错性的许可共识机制。与其他机制相比，它需要较少的验证器数量，但随着验证器数量的增加，可能会与可伸缩性抗争。

共识机制的详细说明：

• 工作证明（POW）：

POW是比特币和许多其他加密货币使用的原始共识机制。它依赖于竞争过程，矿工竞争解决复杂的加密难题。第一个解决难题的矿工将下一个交易块添加到区块链中，并获得新铸造的加密货币和交易费用。拼图的难度会动态调整以保持一致的块生成时间，从而确保网络安全。

POW所需的计算能力使其不受攻击非常安全。恶意演员将需要控制网络哈希功率的50％以上，以成功改变区块链的历史，这一壮举目前对于大多数加密货币而言是不切实际的。但是，这种安全性的成本很高。为采矿所涉及的大量计算机提供动力所需的大量能耗引起了重大的环境问题。采矿奖励的竞争也导致了专业硬件的军备竞赛，使小型玩家越来越难参加。采矿能力的集中化可能是一个潜在的脆弱性，具体取决于网络的整体哈希速率分布。此外，可以更好地利用专用于POW的计算资源来用于其他社会利益。最后，块创建的固有随机性可能导致不可预测的交易确认时间。高交易量会导致确认的重大延迟。

• 验证证明（POS）：

POS是旨在解决与POW相关的能耗问题的另一种共识机制。 POS不是依靠计算能力，而是根据“股份”的加密货币选择验证器 - 将硬币锁定为抵押品。根据其股份随机选择验证者，与其持有的数量成比例。他们有责任提出和验证新块，并获得新铸造的加密货币和交易费用的奖励。如果验证者采取恶意行事或未能履行职责，则可能会失去一部分固定硬币。这种“削减”机制激发了诚实的行为。

POS比POW明显高得多，因为它不需要相同的计算能力。由于交易验证不依赖于解决复杂的数学问题，因此它也往往更具扩展性。由于较小的利益相关者可以更有效地参与，因此放订奖励的分配也可以促进一个更加分散的网络。但是，POS并非没有挑战。 “无需付出的问题”问题，即验证者可以同时将硬币同时放在多个链条上，而不会受到重大惩罚，这可能会导致脆弱性。此外，系统固有的财富集中度可能会导致较少数量的非常大的验证器主导网络。随着时间的流逝，这可能会导致集中化问题，尤其是如果固定硬币的分布变得越来越不平衡。 POS的安全也很大程度上取决于系统内置的经济激励措施以及削减机制的响应能力。

• 授权证明（DPO）：

DPO是POS的一种变体，旨在提高参与和效率。在DPO中，令牌持有人投票支持将代表他们验证交易的代表。这些代表通常是根据其声誉，技术专长或其他因素来选择的。然后，选定的代表参与共识过程，提出和验证块。令牌持有人因参加投票过程而获得奖励，而代表则因其验证工作而获得奖励。

DPO与传统POS具有多种优势。它简化了较小的令牌持有人的参与过程，他们可能没有直接参与验证的技术专长或资源。由于验证器的数量通常比POS中的较小，因此它也可以导致更快的交易处理。但是，DPO经常因其中央集权的潜力而受到批评。代表的选择可能会受到各种因素的影响，包括营销工作和社区影响力，有可能导致少数关键参与者的力量集中。这可能会损害通常被吹捧为区块链技术的关键好处的权力中心化。此外，投票系统本身可能容易受到操纵和攻击的影响，尤其是在投票机制没有精心设计和确保的情况下。

• 授权证明（POA）：

POA是一种允许的共识机制，优先考虑速度和效率而不是权力下放。在POA中，一组预先选择的验证者（称为当局）负责验证交易。这些当局通常是具有可信赖性记录的组织或个人。一旦有足够数量的当局就交易的有效性达成一致，将添加新的区块。

POA高效且快速，使其适用于需要低延迟的应用。它通常用于安全和速度至关重要的私人区块链和企业解决方案中。但是，与其他共识机制相比，POA天生就不那么分散。当局的选择通常是集中的，网络的安全在很大程度上取决于这些当局的可信度。如果大量当局受到损害，这使其容易受到攻击。此外，POA限制参与的允许性质，有可能阻碍其在需要更广泛参与和透明度的申请中的采用。

• 历史证明（POH）：

POH是一种新颖的共识机制，致力于为交易创建可验证和密码安全的时间戳计划。 POH不依靠矿工或验证者的竞争，而是利用确定性功能来生成一系列时间戳。链中的每个块都包含上一个块和时间戳的哈希，创建了可验证的事件历史记录。这允许对交易进行更有效，可预测的顺序，从而提高区块链的速度和可扩展性。

POH的主要优点是其速度和效率。它消除了对复杂共识算法的需求，从而使交易处理更快。 POH的确定性也使其更具预测性，这对于需要实时交易处理的应用至关重要。但是，POH的安全取决于其基础算法的加密安全性。如果这些算法被妥协，则整个系统可能容易受到攻击。此外，根据特定的实施，POH可能不像其他共识机制那样对SYBIL攻击具有抗性。

• 实用的拜占庭容错（PBFT）：

PBFT是一种旨在在分布式系统中实现高容错的共识机制。即使其某些节点（验证器）是恶意的或失败的，它允许系统继续运行。与其他机制相比，PBFT需要较少数量的验证器，这使得在某些情况下它的效率更高。但是，随着验证器数量的增加，它遭受了可伸缩性问题。随着参与者的数量，通信开销和计算复杂性迅速增长，限制了其对较大网络的适用性。

PBFT的优势在于其处理拜占庭失败的能力，在这种情况下，节点可能会任意行为，包括发送冲突的信息或默默失败。这使其适合需要非常高的可靠性和安全性的应用程序，尤其是在信任至关重要的情况下。但是，可伸缩性的局限性阻止了PBFT在大量参与者的公共区块链中被广泛采用。沟通复杂性使得在涉及许多验证者时有效达成共识的挑战。

常见问题解答：

问：哪种共识机制最安全？

答：由于其较高的计算要求，通常认为工作证明（POW）最安全，因此攻击者很难控制网络。但是，任何共识机制的安全性取决于各种因素，包括特定的实施，网络的规模和分布以及实​​施的经济激励措施。

问：哪种共识机制是最节能的？

答：利用证明（POS）及其变体比POW明显高得多。他们需要的计算能力要少得多才能达成共识，从而导致碳足迹大大降低。

问：哪种共识机制最可扩展？

答：没有单一的“最可扩展”机制。 POS及其变体以及POH通常提供的可扩展性比POW更好，但是特定的性能在很大程度上取决于实现和网络条件。在某些情况下，DPO还可以提供提高的可伸缩性，但以潜在集中化为代价。

问：不同共识机制之间的权衡是什么？

答：共识机制的选择涉及安全性，可扩展性，能源效率和权力下放之间的权衡。 POW优先考虑安全性，但牺牲了能源效率和可扩展性。 POS优先考虑能源效率和可扩展性，但与POW相比可能会损害安全性，并且可能面临集中化风险。 DPO优先考虑参与和速度，但可以更集中。 POA优先考虑速度和效率，但牺牲了权力下放。 POH优先考虑速度和可预测性，但其安全性在很大程度上依赖于潜在的加密算法。 PBFT优先考虑容错，但在可伸缩性方面挣扎。最佳选择取决于区块链应用程序的特定要求。

问：区块链可以使用多种共识机制吗？

答：虽然罕见，但从理论上讲，区块链可以采用混合方法，结合了不同共识机制的要素来利用其各自的优势。但是，这样的混合系统通常会引入增加的复杂性，并需要仔细设计以避免脆弱性。