一、区块链的共识机制是什么

1.网络上的交易信息如何确认并达成共识？

尽管共识机制经常被提及，但对于其含义和理解却并不清晰。因此，我们需要理解共识机制的相关概念、原理和实现方法。区块链的交易信息是通过网络广播传输到网络中各个节点的。在整个网络节点中，如何对广播的信息进行确认并达成共识，最终写入区块呢？如果没有相应的可靠安全的实现机制，那么就难以实现其基本功能，因此共识机制是整个网络运行下去的一个关键。

2.共识机制解决了区块链如何在分布式场景下达成一致性的问题。区块链能在众多节点达到一种较为平衡的状态，也是因为共识机制。那么，共识机制是如何在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题呢？

3.当分布式的思想被提出来时，人们就开始根据FLP定理和CAP定理设计共识算法。规范地说，理想的分布式系统的一致性应该满足以下三点：

1.可终止性（Termination）：一致性的结果可在有限时间内完成。

2.共识性（Consensus）：不同节点最终完成决策的结果应该相同。

3.合法性（Validity）：决策的结果必须是其他进程提出的提案。

4.然而，在实际的计算机集群中，可能会存在以下问题：

1.节点处理事务的能力不同，网络节点数据的吞吐量有差异。

2.节点间通讯的信道可能不安全。

3.可能会有作恶节点出现。

4.当异步处理能力达到高度一致时，系统的可扩展性就会变差（容不下新节点的加入）。

5.科学家认为，在分布式场景下达成完全一致性是不可能的。但是，工程学家可以牺牲一部分代价来换取分布式场景的一致性。上述的两大定理也是这种思想，所以基于区块链设计的各种共识机制都可以看作是牺牲那一部分代价来换取多适合的一致性。我的想法是可以在这种思想上进行一个灵活的变换，即在适当的时间空间牺牲一部分代价换取适应于当时场景的一致性，可以实现灵活的区块链系统，即可插拔式的区块链系统。

6.今天大致介绍一下我对各种共识机制的看法和分析。分布式系统中有无作恶节点分为拜占庭容错和非拜占庭容错机制。

7. FLP定理即FLP不可能性，它证明了在分布式情景下，无论任何算法，即使是只有一个进程挂掉，对于其他非失败进程，都存在着无法达成一致的可能。

8. FLP基于如下几点假设：

仅可修改一次：每个进程初始时都记录一个值（0或1）。进程可以接收消息、改动该值、并发送消息，当进程进入decide state时，滚动其值就不再变化。所有非失败进程都进入decided state时，协议成功结束。这里放宽到有一部分进程进入decided state就算协议成功。

异步通信：与同步通信的最大区别是没有时钟、不能时间同步、不能使用超时、不能探测失败、消息可任意延迟、消息可乱序。

通信健壮：只要进程非失败，消息虽会被无限延迟，但最终会被送达；并且消息仅会被送达一次（无重复）。

失败进程模型：进程失败如同宕机，不再处理任何消息。

失败进程数量：最多一个进程失败。

9. CAP是分布式系统、特别是分布式存储领域中被讨论最多的理论。CAP由Eric Brewer在2000年PODC会议上提出，是Eric Brewer在Inktomi期间研发搜索引擎、分布式web缓存时得出的关于数据一致性（consistency）、服务可用性（availability）、分区容错性（partition-tolerance）的猜想：

数据一致性（consistency）：如果系统对一个写操作返回成功，那么之后的读请求都必须读到这个新数据；如果返回失败，那么所有读操作都不能读到这个数据，对调用者而言数据具有强一致性（strong consistency）(又叫原子性atomic、线性一致性linearizable consistency)[5]。

服务可用性（availability）：所有读写请求在一定时间内得到响应，可终止、不会一直等待。

分区容错性（partition-tolerance）：在网络分区的情况下，被分隔的节点仍能正常对外服务。

10.在某时刻如冲铅果满足AP，分隔的节点同时对外服务但不能相互通信，将导致状态不一致，即不能满足C；如果满足CP，网络分区的情况下为达成C，请求只能一直等待，即不满足A；如果要满足CA，在一定时间内要达到节点状态一致，要求不能出现网络分区，则不能满足P。C、A、P三者最多只能满足其中两个，和FLP定理一样，CAP定理也指示了一个不可达的结果（impossibility result）。

二、区块链几大共识机制及优缺点

1. POW(Proof of Work)

工作量证明：通过大量的计算工作来获取记账权，资源消耗较大，性能效率较低，但算法简单，易于实现。

2. POS(Proof of Stake)

权益证明：节点记账权的获取难度与节点持有的权益成反比，相对于POW，减少了资源消耗，性能得到提升，但依然基于哈希运算竞争获取记账权，可监管性弱。

3. PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)

实用拜占庭容错：在保证活性和安全性前提下提供(n-1)/3的容错性，适用于分布式计算。该机制不需要代币存在，共识时延大约在2~5秒钟，共识效率高。

4. dBFT(delegated BFT)

授权拜占庭容错算法：由权益选出记账人，记账人之间通过拜占庭容错算法达成共识。适用于金融应用场景，确保系统的最终性。

5. POOL验证池

基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。不需要代币也可以工作，更适合多方参与的多中心商业模式，但在去中心化程度上不如比特币。

三、如何分析区块链共识(常见的区块链共识机制)

区块链共识机制之一：POW工作量证明机制

区块链可以理解为一个不可篡改的公共账本，所有参与者都能验证交易并进行记账，即为分布式账本。那到底由谁来记账？又如何保证账本的一致性、准确性呢？也就是区块链的共识机制是如何的？

区块链的共识机制就是解决由谁来记账（构造区块），以及如何维护区块链的一致性问题。目前区块链项目采用的共识机制有多种，如：POW工作量证明机制，POS权益证明机制，DPOS股份授权证明机制等等。本文说明POW工作量证明机制。

区块链的第一个成功应用比特币系统采用的POW工作量证明机制。即以比特币系统为例说明POW机制，首先比特币系统有一套激励机制让所有参与者竞争记账的权利，即谁拥有记账权谁将获取构造新区块的比特币奖励（目前奖励为12.5比特币），同时获取新区块内所有交易的手续费作为奖励。

参与者如何竞争记账权利呢？参与者通过自己的算力计算一道数学难题，谁先计算的结果，谁就拥有了记账的权利，也就可获得构造新区块的奖励。这道数学难题就是寻找一个随机数Nonce，使得对区块头的哈希计算的结果小于目标值，Nonce本身是区块头中的一个字段，所以通过不断的尝试Nonce的值，以满足区块头的哈希计算结果小于目标值。通过动态调整目标值，即可调整计算的Nonce值的难度。

关于哈希计算Nonce的过程通常类比为掷筛子游戏，基于参与游戏的筛子的个数通过调整掷得筛子的点数可调整游戏的难度。例如：100个人参与掷筛子，总共有100个筛子，要求掷得点数为100为赢，则100个人谁先掷得点数100即为胜利者，即拥有了记账权。如果发现大家掷出100点的时间太快，则可增加难度，要求掷得点数为80为赢。如果又有100个人参与游戏，则游戏中增加了筛子数，如：筛子数增加为200个，同样通过设置掷得点数来调整游戏的难度。

筛子类似于比特币网络的算力，掷得点数类似于比特币网络可动态调整的目标值。

区块链以最长的链条视为正确的链条，如果存在同时出现两个区块，会暂时并行记录两个区块，后续再生成的区块基于其中的某一个区块，将会形成的最长的链条作为一致性的链条，另外一个区块将会被丢弃，比特币是基于6个区块的确认，所以被丢弃的区块将不会获得比特币系统的奖励，也就是白白将竞争记账权的算力（电费）浪费了。基于工作量的激励，参与者必然尽最大能力构造正确的区块，也就是满足区块链的一致性。即全网的所有用户可以达成唯一的一致性的公共账本。

目前比特币系统全网算力已达到惊人的24.75EH/s，其中1E=1000P，1P=1000T，1T=1000G，1G=1000M，1M=1000K，1K=1000，H/s为每秒一次哈希计算（哈希碰撞），也就是每秒进行24.75E次哈希计算，且仍有持续的算力加入比特币系统。比特币记账权的竞争，提供算力的硬件从CPU，GPU，专业矿机，矿池。目前单机版的专业矿机已无法竞争到记账权，必须由多台矿机组合为矿池才能竞争到记账权。

区块链技术的共识算法的形成方式是怎样的？

重庆金窝窝分析共识算法的形成方式如下：

区块链的共识机制，就是所有分布式节之间怎么达成共识，通过算法来生成和更新数据，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。

区块链主要包括四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。

区块链技术中的共识模型是什么？

重庆金窝窝分析区块链技术中的共识模型如下：

每个节点交换数据过程不被篡改；交换历史记录不可被篡改；

每个节点的数据会同步到最新数据，且承认经过共识的最新数据；

基于少数服从多数的原则，整体节点维护的数据本身客观反映了交换历史。

区块链几大共识机制及优缺点

首先，没有一种共识机制是完美无缺的，各共识机制都有其优缺点，有些共识机制是为解决一些特定的问题而生。

1.pow(ProofofWork）工作量证明

一句话介绍：干的越多，收的越多。

依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50%节点出错。

优点：

1)算法简单，容易实现；

2)节点间无需交换额外的信息即可达成共识；

3)破坏系统需要投入极大的成本；

缺点：

1)浪费能源；

2)区块的确认时间难以缩短；

3)新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；

4)容易产生分叉，需要等待多个确认；

5)永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性；

2.POSProofofStake，权益证明

一句话介绍：持有越多，获得越多。

主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，相对于PoW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度

优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源挖矿。

缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。例如，以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出现，事实上证明了此次硬分叉的失败。

DPOS与POS原理相同，只是选了一些“人大代表”。

BitShares社区首先提出了DPoS机制。

与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。

DPoS的工作原理为：

去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力，51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标，每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费，一名代表将获得1股作为报酬。

网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块，而这将导致区块链分叉。然而，这不太可能发生，因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。

该模式可以每30秒产生一个新区块，并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小，即使发生也可以在几分钟内得到解决。

成为代表：

成为一名代表，你必须在网络上注册你的公钥，然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。

授权选票：

每个钱包有一个参数设置窗口，在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表，并将其分级。一经设定，用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下，用户不会创建特别以投票为目的的交易，因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下，某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。

保持代表诚实：

每个钱包将显示一个状态指示器，让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块，那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块，那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。

抵抗攻击：

在抵抗攻击上，因为前100名代表所获得的权力权是相同的，每名代表都有一份相等的投票权。因此，无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表，可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是，由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址，这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接，将使妨碍他们生产区块变得更为困难。

优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。

缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。

3.PBFT：PracticalByzantineFaultTolerance，实用拜占庭容错

介绍：在保证活性和安全性（livenesssafety）的前提下提供了(n-1)/3的容错性。

在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机（Coordinator/Commander）或成员计算机（Member/Lieutanent）可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。

拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但只可以用来验证一个机制的有效程度。

而拜占庭问题的可能解决方法为：

在N≥3F+1的情况下一致性是可能解决。其中，N为计算机总数，F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后，各计算机列出所有得到的信息，以大多数的结果作为解决办法。

1）系统运转可以脱离币的存在，pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。

2）共识的时延大约在2~5秒钟，基本达到商用实时处理的要求。

3）共识效率高，可满足高频交易量的需求。

缺点：

1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；

2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据

下面说两个国产的吧~

4.dBFT：delegatedBFT授权拜占庭容错算法

介绍：小蚁采用的dBFT机制，是由权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。

此算法在PBFT基础上进行了以下改进：

将C/S架构的请求响应模式，改进为适合P2P网络的对等节点模式；

将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点；

为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点（记账节点）；

在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。

优点：

1)专业化的记账人；

2)可以容忍任何类型的错误；

3)记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉；

4)算法的可靠性有严格的数学证明；

缺点：

1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；

2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；

以上总结来说，dBFT机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。

5.POOL验证池

基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。

优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基础上，实现秒级共识验证。

缺点：去中心化程度不如bictoin；更适合多方参与的多中心商业模式。

什么是区块链共识？

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构，可支持不同的共识机制。共识机制是区块链技术的重要组件。区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：

1）一致性。所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

2）有效性。由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。