共识机制哪家强？

编者按：本文来自 深创链（ID：deepychain），作者：爱莉莎，36氪经授权发布。

初入链圈，你一定经常听到POW，POS，DPOS。是不是有点傻傻分不清楚？今天就和大家来谈谈常见的三种共识机制。比特币解决了拜占庭将军问题，使用的重要手段之一就是采用了PoW 共识机制。所以我们先来解释一下

什么是拜占庭问题？

拜占庭将军问题（Byzantine failures），是由计算机科学史上的传奇人物莱斯利·兰伯特提出的。主要针对点对点通信中的基本问题——分布式系统一致性问题。

兰伯特说：故事让问题变得受欢迎。所以，拜占庭将军问题，是兰伯特在研究分布式系统容错性时，编的一个故事：

拜占庭帝国想要进攻一个无比强大的敌人，派出了10支军队去包围这个敌人。由于各种的原因，这10支军队不能集合在一起进攻，必须分开驻扎，然后同时发起攻击。而这个敌人十分的强大，可以同时抵抗5支拜占庭军队的袭击。拜占庭军队里的任何一支，想要单独进攻的话，都毫无胜算。除非至少超过一半（即6支及以上的军队）同时进攻，才能打败敌人。军队分散在敌人的四周，依靠通信兵来相互传递消息：商量“要不要进攻”和“什么时候进攻”。（因为存在消息丢失的不可靠信道上，试图通过消息传递来达到一致性，是不可能的。所以，在研究拜占庭将军问题的时候，我们已经假定了信道是没有问题的。即所有的通信兵是靠谱的，没有叛徒。）

那么问题来了，如果将军里有叛徒，那么这个叛徒将军可能发送错误消息。比如：告诉其中4只军队要进攻，然后告诉另外5只军队不进攻，然后只有4只军队同时进攻，吃了败仗。剩下5只军队，也无法战胜这个强大的敌人。最后拜占庭军队战败。叛徒真的面黑心黑。 

在这种状态下，拜占庭将军们，能不能找到一种分布式的协议，让他们能够远程协商，保证多于6支军队在同时发起进攻？从而打赢这场仗？ 计算机科学中，有类似的问题，比如安全漏洞。 系统中的不同节点，会对观察者提供不同的信号。在不知道这些信息是否损坏的情况下，如何交换信息？  

比特币和拜占庭将军问题有什么关系？

比特币解决了网络中存在的拜占庭将军问题。 比特币解决了分布式系统信息不一致的问题。众所周知，比特币是一个分散网络，一个个节点，一个个矿工，就像包围敌人的拜占庭将军们。 而矿工记录的区块信息是否真实？会不会造假人？如何判断？ 作恶的矿工造假账，就像混进了军队里的的叛徒。他们会跟其他节点说，他们的假信息是真的，他们记的假账也是真的。

叛徒混了进来，会破坏整个比特币网络的真实性和有效性。大神中本聪解决了这个问题。 首先，大神在设计比特币时，采用了工作量证明机制（PoW）。矿工需要找到一个正确的随机数，才能记账。而随机数是大家认可的数学逻辑，随机嘛，谁都控制不了。这样，所有的矿工（将军）达成共识，投身于轰轰烈烈的挖矿事业中。  

其次，造假成本高，真实有奖励。矿工挖矿，要耗费越来越多的时间、电力、资源，造假成本太高。而新币奖励，也激励着矿工真实记账。  

第三，每个节点（将军）手里，都有一份实时与其他节点同步的账本，而且账本有时间戳加持，有签名验证身份，如果谁造假，可以非常清楚何人何时造假。  

最后，当意见不一致，只要大多数人（超过50%）的人同意，少数服从多数，在分散式网络中共识达成。只要好节点是大多数，整个比特币网络的记账就是真实的。

什么是共识机制？ 

由于区块链是去中心化分散网络，所以必须设计一套维护系统的运作顺序（谁先谁后）和公平性（谁获得新币的奖励？）的机制。共识机制，决定谁取得区块链的记账权和新币奖励。 所有的共识机制，都是为了解决特定的问题，没有一种共识机制是完美无缺的，各有利弊。  

Proof of Work，工作量证明。 POW必须通过一定的工作量，来获得相应的奖励。它要求矿工进行数学运算来获取记账权和新币，以耗费大量时间、资源为担保，确保记账工作的真实有效性。 

POW是一种多劳多得的模式。算力越高、挖矿时间越长，获得的数字货币就越多。如果某个节点拥有全网40%的算力，那么该节点理论上拥有40%的概率，在POW中获胜。 POW就像在一座金挖矿，谁的力气越大，谁挖的时间越长，谁得到的金子就越多。 就是：挖得越多，收得越多。  

谁使用POW？

BTC和BTC的儿子们（BCH、BCD等等），早期的ETH，LTC。   

POW的优点是：

算法简单，采用大家认可的数学逻辑（找寻随机数），容易实现。而破坏整个系统，需要投入巨大成本，有一定安全保障。

POW的缺点是：

耗费大量的电力，处理效率低（每秒只能处理7笔交易）。如今算力越来越集中，中心化日益严重。 比特币网络解决了”拜占庭将军问题“，其中一个前提条件，那就是多数人是好人（超过51%的节点是好节点），否则就会出现51%攻击。而现在，矿池BTC.COM、蚁池和微比特，一共控制了超过51%的算力。如果他们联合起来，或者被黑客控制，那么就可能会发生51%攻击。

• POS
  

Proof of Stake，权益证明。 人们对于POW越来越中心化的算力分布，感到害怕，于是POS诞生了。 POS也称股权证明， 是通过持币而产生利息， 对于验证人/节点进行奖励。 先引入一个概念:币龄. 币龄 = 币量 x 持有天数。当你获得利息后，你的持币天数清零，币龄也被清空。比如，你有100个币，持有了30天，那么，你的币龄=100x30 =3000。这时，如果发现一个POS区块，你的币龄就被清0。每清空365币龄（模仿一年365天的年利率），你就能从区块中获得利息。如果该利率是5%，那么一年下来，总利息 = 3000 * 5% = 150个币。 POS就像到银行存钱，银行根据你存的数字货币的多少和存放的时间，给你算利息。

总的来说， 就是：持有币，有利息。持币越多，收得越多。

谁使用POS？

未来币，2017年至今，ETH一直为从POW转移到POS作准备。  

POS的优点是：

不需要拼算力挖矿，不会浪费电力。缩短了共识达成的时间，效率提高。 

POS的缺点是：

拥有权益的参与者因为可以持币吃利息，所以卖币意愿不强烈，容易产生垄断。其次，所有的确认都只是概率上的表达，存在其他攻击的可能性。挖矿成本低，硬分叉十分容易。  

• DPOS
  

Delegated Proof of Stake，委任权益证明 DPOS与POS原理相同，只是选了一些“董事代表”。 DPOS又称为股份授权证明。 其原理是让每一个持币人进行投票，由此产生一定数量的代表 (超级节点或者矿池），由这些超级节点代理持币人验证和记账。而这些超级节点的权利是相等的。比如，EOS将产生21个主节点，以及100个备用节点。EOS全球超级节点选举，正如火如荼进行中。  

DPOS就像董事会投票，持币者投出一定数量的节点 （董事）。代表按照既定时间表，轮流产生区块，如果代表没能很好的行使权力（比如产生区块），他们会被除名，网络会选出新的超级节点来取代他们。所有的代表将收到平均水平区块所含交易费的10%作为报酬。  

谁使用DPOS？ 

BTS， EOS  

DPOS优点是：

相比POS，DPOS机制大幅缩小参与验证和记账的节点的数量，属于弱中心化，大大提高了效率。可以达到秒级的共识验证。 

DOPS缺点是：

整个共识机制然依赖代币，目前很多商业应用不需要使用代币。但是未来呢，谁说得清楚。很大程度上，DPOS将权利赋予了每个社区成员，即真正关心项目的人。 总的来说，就是：得民心者，得天下。越得民心，收得越多！