共识机制是一种协议，用于促进分布式区块链网络中所有节点之间关于统一数据集的协议。这些机制作为验证和批准区块链上每笔交易的标准。^[1][2]

概述

共识机制用于区块链中，以维护关于账本状态的分布式协议。共识机制通常在具有许多用户和流程的区块链网络中实施。它们为加密货币和区块链带来好处，因为它们取代了速度较慢的人工验证者和审计。^[3]

共识机制对于确保区块链的安全性、可靠性和有效性至关重要，因为它们可以防止恶意攻击、数据篡改和双重支付。

当网络中至少 66% 的节点与网络的整体状态达成一致时，以太坊区块链上就达成了共识。以太坊采用基于权益证明的共识机制，该机制的加密经济安全性源于与参与者质押的资本相关的奖励和惩罚系统。这种激励框架促进了个体质押者的诚实验证，惩罚那些不诚实的行为，并对试图破坏网络完整性的行为施加重大成本。比特币另一方面使用工作量证明 (PoW) 机制。这种机制需要计算能力来解决加密难题（或哈希）。^[1][3]

共识机制的类型

区块链平台不断改进和调整共识协议，以寻求去中心化、可扩展性和安全性之间的理想平衡。因此，出现了一系列方法来支持 Web3 应用程序。以下是四种最常见的共识实践：

工作量证明 (PoW)

工作量证明 (PoW) 涉及矿工解决复杂的加密难题（称为哈希）来验证交易并将区块添加到区块链。难题的难度根据网络的哈希率进行调整，哈希率是节点的组合计算能力。它以其强大的安全性而闻名，但能源密集且可扩展性较差。由于需要拥有网络 51% 的计算能力才能破坏区块链，因此网络保持安全。实现这一点将需要对设备和能源进行大量投资，可能导致成本超过潜在收益。^[1][4][5] 工作量证明 (PoW) 由 比特币 和 狗狗币 用于其 BTC 和 DOGE 加密货币。^[8]

优点：PoW 是最去中心化和最安全的验证机制之一，以其高可靠性而闻名。在比特币的案例中，大量的区块验证奖励激励了平台上的积极参与。^[5]

缺点：PoW 共识机制的缺点包括交易速度较慢、gas 费昂贵、运营费用高昂以及对环境有害的能源消耗。比特币的平均区块时间（表示处理交易所需的时间）为 10 分钟，并且涉及的能源消耗相当大。^[4][5]

权益证明 (PoS)

PoS 是 以太坊 在合并后开始使用的机制。在 权益证明 (PoS) 中，验证者被选择创建新的区块，这基于他们持有的加密货币数量以及他们愿意“质押”作为抵押品的数量。与 PoW 相比，PoS 更节能，但需要参与者在网络中拥有权益。因此，维护公共账本的责任基于持有的加密资产数量。 节点质押的代币越多，其被选为区块提议者或验证者的机会就越高。^[3][6][7]

优点：被认为是 Web3 中用于增强可扩展性的首选共识方法。它以其能源效率和成本效益而闻名，尤其是在 gas 费和设备要求方面。^[5]

缺点：在去中心化和安全性方面不如工作量证明。权力的委派基于钱包大小。它还引入了新的挑战，例如由于惩罚或攻击而丢失质押代币的风险。^[1][5][6]

委托权益证明 (DPoS)

DPoS 引入了一种投票系统，其中代币持有者选择一小群代表来验证交易。因此，验证权限被选择性地分配并定期重新分配给一组精选的顶级候选人。任何验证者都可能在任何给定时间被认为更值得信赖的人取代。这种方法增强了可扩展性和速度，但依赖于较少数量的受信任验证者。使用 DPoS 的项目包括 BitShares、TRON、Steem、Lisk、Ark 和 EOS。^[5][9][10]

优点：该系统的特点是其效率和民主性。它通过在经济上更具包容性，为用户提供激励，并为验证者提供激励，以维持网络中的问责制，从而增强了原始的权益证明方法。与原始的权益证明相比，DPoS 基于声誉、快速、可扩展且需要最少的硬件。^[5][10]

缺点：DPoS 的显着缺点包括缺乏去中心化、参与要求以及可能存在的恶意代币持有者。^[10]

权威证明

这是一种依赖于一组受信任的节点（称为权威）来验证交易和区块的机制。权威是根据其声誉、身份或其他标准选择的。PoA 共识过程将权力授予一组精选的区块链参与者，以验证网络交易并更新其广泛分散的账本。这些算法以一种简单的方式运行，指定的各方轮流担任挖掘领导者，负责生成分布式共识达成的新区块。PoA 被 VeChain、以太坊 Kovan 测试网、摩根大通 (JPMCoin) 和 Xodex 采用。^[1][11]

优点：PoA 机制具有高度可扩展性，不需要计算能力。它还提供了一种快速且低成本的方式来实现共识。^[5]

缺点：使用权威证明 (PoA) 的项目上的验证者会失去其伪匿名性，因为公共可识别性是其角色不可或缺的一部分。它还牺牲了一定程度的去中心化和安全性。^[5]

实用拜占庭容错 (PBFT)

PBFT 机制用于需要高性能和较少去中心化的系统中。PBFT 共识机制是一种安全的模型，可以承受不诚实的验证者。当诚实节点达成 ⅔ 的协议时，它会达成共识。Hyperledger、Fabric 和其他著名的区块链正在使用这种机制。 但是，如果网络中不诚实的节点超过所有节点的 ⅓，则 PPFT 的安全性将受到破坏。PBFT 中的节点分为主要节点和辅助节点。主要节点是领导节点，而辅助节点是备份节点。主要节点在每个共识轮次都会更改。^[12]

优点：能源效率和高吞吐量

• 能源效率： 与 PoW 不同，PBFT 不需要任何功耗或高级计算能力。这提高了其效率并使其更易于运行。

• 高吞吐量： BPFT 机制可以方便地处理高吞吐量，因为节点可以快速交互并验证交易。节点的决策是最终的，因此无需进行区块最终确认。如果节点对任何区块的有效性提出异议，也可以快速解决节点之间的争议。

缺点：不可扩展且容易受到女巫攻击

• 不可扩展： PBFT 主要设计用于不太大的区块链。因此，由于节点之间密集的来回通信，它对于较大的区块链来说不可扩展。随着交易数量的增加，需要更多时间才能就交易达成一致并批准交易。

• 容易受到女巫攻击： 典型的女巫攻击发生在一个人或团体负责网络中多个不诚实节点时。如果不诚实的节点多于诚实的节点，他们可以操纵并接管链。