区块链主流共识算法及其评价标准

区块链技术的伟大之处在于去中心化和免信任（或更低的信用成本）。 如何在完全陌生的网络环境中通过代码撮合交易？ 换句话说，这些代码究竟发挥了怎样的魔力，能够在买卖双方之间产生信任？ 这是共识。

共识是一切交易的基础。 共识越去中心化（参与度越高）比特币算法优化，其效率越低，但满意度越高，越稳定； 相反，共识越中心化（参与度越低），效率越高，越容易出现独裁和腐败。 区块链的共识算法构建了一个相对平衡稳定的交易网络体系。

下面介绍几种常见的共识算法。

1. 共识算法 1. 工作量证明（PoW）

大多数人都熟悉工作量证明，因为它是当今比特币区块链生态系统最大用途的核心。

基本概念是提供一种机制，该机制需要付出努力来添加块，但只需付出最少的努力即可验证工作是否已完成。 在这个共识解决方案中，有“矿工”。 矿工寻找下一个提议的区块以添加到链中。 为了添加到这个区块，矿工们面临着一个数学问题的挑战。 解决这个难题需要大量资源，包括时间、计算能力和电力。 一旦矿工解决了难题，他们就可以将下一个区块添加到链中，为其他参与者提供适当的哈希信息，以轻松验证所做的工作和区块的属性。 矿工因他们的努力而获得奖励，这是一种消耗资源的激励。

2.权益证明（PoS）

由于需要大量的计算能力，PoW 成本高且耗能大。 整个行业已经成长为专门为挖矿设计的定制芯片。 权益证明 (PoS) 是近年来流行的另一种方法，不需要专门的硬件。

在 PoS 中，参与者的股份决定了他们的可能性。 也就是说，每个网络节点都链接到一个地址，被寻址的硬币越多，它们就越有可能在下一个区块中被开采（或“抵押”）。

PoS的新机制是“利息”，即在一定时间内持有一定的PoS币，当然你要开通客户端，就会得到一定的固定“利息”。 这部分“利息”就是新加入的 PoS 币种。 只要持有 PoS 币并开启，就可以获得一定比例的“利息”。 权益证明在现实世界中很常见，最简单的就是股票。 股份用于记录股权凭证，同时代表表决权和收益权。 股票创建后，除增发外，不得增加股票数量，只能通过转让获得。

3.委托权益证明（DPoS）

PoS衍生出的更专业的解决方案，类似于董事会的投票机制，选出n个记账节点，节点中提议者提交的提案由这些记账节点投票决定谁是正确的。

4.实用拜占庭容错共识（PBFT）

PBFT是一种基于严格数学证明的算法，需要经过信息交互和局部共识三个阶段才能达到最终的一致输出。 可以证明，只要系统中有超过三分之二的正常节点，就可以保证最终输出一致的共识结果，虽然达成共识的时间不确定。

实用的拜占庭容错协议的缺点是不适合大规模节点共识，因为随​​着节点规模的增加，达成共识所需的时间大大增加，不符合效率要求。 许多相关研究人员正在讨论改进拜占庭协议以解决不同应用场景下的效率问题。

当然还有其他的共识算法，比如LPoS、DPoS、PoI。 在所有情况下，共识方法的目的都是保护网络，主要是通过经济手段：对网络的攻击应该非常昂贵并且有利于保护网络。

2.判断共识算法的标准

如何判断共识算法的好坏，主要有以下几个标准：

1.权力下放

区块链共识算法必须结合去中心化，有时程度不同。

2. 网络成本

共识算法在考虑网络成本时，不仅要考虑交易成本和维护成本，还要考虑挖矿成本。 昂贵且耗时的算法只能优化再优化，简化再简化，以满足平台和应用需求。

3.可扩展性

从目前部署来看，单条区块链负载大，每秒处理能力有限。 因此，在可扩展性指标方面，我们需要考虑这种共识算法在技术上是否可行运行数千条区块链。 而且，运行大量区块链后，消耗的网络成本也是可控的。

4.交易确认速度

在区块链共识算法的设计框架中，需要一个精确范围内的交易确认速度。 例如，目前比特币上的区块链输出能力平均约为每秒4笔交易，而以太坊也有每秒15笔交易，这与实际应用场景需求有很大差异。

5. 强大的安全机制和容错能力

安全机制首先防范可能的攻击比特币算法优化，攻击的代价、攻击的范围和对目标的损害、攻击的持久性和网络修复响应的速度，最后一点是整体攻击的可能性的算法机制。

区块链共识方案的研究为分布式系统中的一致性问题提供了更好的解决方案。 目前的一些共识算法可以较好地解决分布式系统中的共识问题，但还存在很多问题。 还有很多研究价值和发展空间有待解决。