区块链共识（区块链共识账本的形成过程）

PoS适用于公有链。

3.区块签署人的发生方式

在PoS机制下，由于区块的签署人由随机发生，则一些持币人会暂时、大额持有代币以获得更大约率地发生区块，尽能够多的去清零他的"币天"。因此整个网络中的凝滞代币会增加，从而有益于代币在链上的凝滞，价钱也更冗杂遭到坚定。由于能够会具有少量大户持有整个网络中大少数代币的情况，整个网络有能够会随着运转时间的增加而越来越趋向于中心化。相关于PoW而言，PoS机制下作恶的利息很低，因此关于分叉或是双重支付的攻击，需要更多的机制来保证共识。坚定状况下，每秒大约能发生12笔交易，但由于网络延迟及共识效果，需要约60秒才干完整广播共识区块。临时来看，生成区块（即清零"币天"）的速度远低于网络传达和广播的速度，因此在PoS机制下需要对生成区块停止"限速"，来保证主网的动摇运转。

4.简图了解方式

（PS：具有越多“股份”权益的人越繁杂获取账权。是指获得几货币，取决于你挖矿贡献的工作量，电脑功用越好，分给你的矿就会越多。）

（在纯POS体系中，如NXT，没有挖矿过程，初始的股权分配曾经活动，之后只是股权在交易者之中流转，十分相似于梦想世界的股票。）

（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授权证明机制

1.基本引见

由于PoS的种种弊端，由此比特股开创的权益代表证明机制 DPoS（Delegated Proof of Stake）应运而生。DPoS 机制中的核心的要素是选举，每个系统原生代币的持有者在区块链外面都可以参与选举，所持有的代币余额即为投票权重。经过投票，股东可以选举出理事会成员，也可以就联系平台展开方向的议题标明态度，这一切形成了社区自治的基础。股东除了本人投票参与选举外，还可以通过将自己的选举票数授权给自己怀疑的其它账户来代表自己投票。

精细来说， DPoS由比特股（Bitshares）项目组发明。股权具有着选举他们的代表来停止区块的生成和考证。DPoS相似于现代企业董事会制度，比特股系统将代币持有者称为股东，由股东投票选出101名代表， 然后由这些代表负责生成和考证区块。 持币者若想称为一名代表，需先用自己的公钥去区块链注册，取得一个长度为32位的特有身份标识符，股东可以对这个标识符以交易的方式停止投票，得票数前101位被选为代表。

代表们轮番发生区块，收益（交易手续费）平分。DPoS的优点在于大幅增加了参与区块考证和记账的节点数量，从而变短了共识验证所需要的时间，大幅提高了交易效率。从某种角度来说，DPoS可以理解为多中心系统，兼具去中心化和中心化优势。优点：大幅增加参与验证和记账节点的数量，可以到达秒级的共识验证。缺陷：投票自动性不高，绝大局部代币持有者未参与投票；另整个共识机制还是依赖于代币，很多商业使用是不需要代币具有的。

DPoS机制恳求在发生下一个区块之前，必需验证上一个区块曾经被受怀疑节点所签署。相比于PoS的" 全民挖矿 "，DPoS则是使用相似" 代表大会 "的制度来直接选取可疑心节点，由这些可疑心节点（即见证人）来替代其他持币人行使权益，见证人节点请求临时在线，从而解决了由于PoS签署区块人不是经常在线而可能招致的产块耽误等一系列成绩。DPoS机制一般能到达万次每秒的交易速度，在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别，非常适宜企业级的使用。因为公信宝数据交易所关于数据交易频主要求高，更要求临时动摇性，因此DPoS是非常不错的选择。

2. 股份授权证明机制下的机构与系统

理事会是区块链网络的权益机构，理事会的人选由系统股东（即持币人）选举产生，理事会成员有权发起议案和对议案停止投票表决。

理事会的主要职责之一是依据需要调整系统的可变参数，这些参数包括：

l 费用相关：各种交易类型的费率。

l 授权相关：对接入网络的第三方平台收费及补贴相关参数。

l 区块消耗相关：区块消耗距离时间，区块奖励。

l 身份审核相关：审核验证非常机构账户的消息情况。

l 同时，联系到理事会利益的事项将不通过理事会设定。

在Finchain系统中，见证人负责搜罗网络运转时广播进去的各种交易并打包到区块中，其工作相似于比特币网络中的矿工，在采用 PoW(工作量证明)的比特币网络中，由一种获奖概率取决于哈希算力的抽彩票方式来决议哪个矿工节点产生下一个区块。而在采用 DPoS 机制的金融链网络中，通过理事会投票决议见证人的数量，由持币人投票来决议见证人人选。中选的生动见证人按次第打包交易并消费区块，在每一轮区块消费之后，见证人会在随机洗牌决议新的次第后进入下一轮的区块生产。

3. DPoS的使用实例

比特股(bitshares) 采用DPoS。DPoS主要适用于联盟链。

4.简图理解形式

（四）PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）适用拜占庭容错算法

1. 基本引见

PBFT是一种基于严酷数学证明的算法，需要经过三个阶段的消息交互和部分共识来达成最终的一致输入。三个阶段区分为准备 (pre-prepare)、准备 (prepare)、落实 (commit)。PBFT算法证明系统中只需有2/3比例上述文章内容的一般节点，就能保证最终必定可以输入一致的共识结果。换言之，在使用PBFT算法的系统中，至少可以容忍不逾越系统部分节点数量1/3的失效节点 (包括成心误导、成心破坏系统、超时、重复发送消息、假造签名等的节点，又称为”拜占庭”节点)。

2. PBFT的应用实例

知名联盟链Hyperledger Fabric v0.6采用的是PBFT，v1.0又推出PBFT的改良版本SBFT。PBFT次要适用于私有链和联盟链。

3. 简图理解形式

上图显现了一个简化的PBFT的协议通讯形式，其中C为客户端，0 – 3表示效力节点，其中0为主节点，3为缺陷节点。整个协议的基本过程如下：

(1) 客户端发送恳求，激活主节点的效劳操作；

(2) 当主节点接收请求后，发起三阶段的协议以向各从节点广播请求；

(a) 序号分配阶段，主节点给请求赋值一个序号n，广播序号分配消息和客户端的请求消息m，并将结构pre-prepare消息给各从节点；

(b) 交互阶段，从节点接收pre-prepare消息，向其他效劳节点广播prepare消息；

(c) 序号确认阶段，各节点对视图内的请求和次第进行验证后，广播commit消息，实施收到的客户端的请求并给客户端照应。

(3) 客户端等候来自不同节点的照应，若有m+1个照应相同，则该呼应即为运算的结果；

（五）DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授权拜占庭容错算法

1. 基本介绍

DBFT建基于PBFT的基础上，在这个机制当中，具有两种参与者，一种是专业记账的“超级节点”，一种是系统当中不参与记账的一般用户。一般用户基于持有权益的比例来投票选出超级节点，当需要通过一项共识（记账）时，在这些超级节点中随机推选出一名发言人拟定计划，然后由其他超级节点根据拜占庭容错算法（见上文），即少数遵从少数的准绳进行表态。假设逾越2/3的超级节点表示赞同发言人计划，则共识达成。这个提案就成为最终公布的区块，并且该区块是不可逆的，所有外面的交易都是百分之百确认的。假设在一定时间内还未达成一致的提案，大约发觉有合法交易的话，可以由其他超级节点重新发起提案，重复投票过程，直至达成共识。

2. DBFT的应用实例

国际加密货币及区块链平台NEO是 DBFT算法的研发者及采用者。

3. 简图理解形式

假定系统中只需四个由普通用户投票选出的超级节点，当需要通过一项共识时，系统就会从代表中随机选出一名发言人拟定计划。发言人会将拟好的方案交给每位代表，每位代表先区分发言人的计算结果与它们自身纪录的能否一致，再与其它代表商榷验证计算结果能否准确。假设2/3的代表一致表示发言人方案的计算结果是准确的，那么方案就此通过。

假如只需不到2/3的代表达成共识，将随机选出一名新的发言人，再重复上述流程。这团体系旨在维护系统不受无法行使职能的首领影响。

上图假定部分节点都是老实的，达成100%共识，将对方案A（区块）进行验证。

鉴于发言人是随机选出的一名代表，因此他可能会不诚实或出现缺点。上图假设发言人给3名代表中的2名发送了恶意消息（方案B），同时给1名代表发送了准确信息（方案A）。

在这种情况下该恶意信息（方案B）无法通过。中间与左边的代表自身的计算结果与发言人发送的不一致，因此就不能验证发言人拟定的方案，招致2人拒绝通过方案。左边的代表因接收了正确信息，与自身的计算结果契合，因此能确认方案，继而胜利完成1次验证。但本方案仍无法通过，因为缺少2/3的代表达成共识。接着将随机选出一名新发言人，重新末尾共识流程。

上图假设发言人是诚实的，但其中1名代表呈现了非常；左边的代表向其他代表发送了不正确的信息（B）。

在这种情况下发言人拟定的正确信息（A）依然可以取得验证，因为左边与中间诚实的代表都可以验证由诚实的发言人拟定的方案，达成2/3的共识。代表也可以区分终究是发言人向右边的节点撒谎还是右边的节点不诚实。

（六）SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恒星共识协议

1. 基本介绍

SCP 是 Stellar (一种基于互联网的去中心化全球支付协议) 研发及使用的共识算法，其建基于联邦拜占庭协议 (Federated Byzantine Agreement) 。激进的非联邦拜占庭协议（如上文的PBFT和DBFT）固然确保可以通过火布式的方法达成共识，并达到拜占庭容错 (至少可以容忍不逾越系统局部节点数量1/3的失效节点)，它是一个中心化的系统 — 网络中节点的数量和身份必需提早知道且验证过。而联邦拜占庭协议的不同之处在于它能够去中心化的同时，又可以做到拜占庭容错。

[…]

（七）RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共识算法

1. 基本介绍

RPCA是Ripple（一种基于互联网的开源支付协议，可以完成去中心化的货币兑换、支付与清算功用）研发及使用的共识算法。在 Ripple 的网络中，交易由客户端（应用）发动，经过追踪节点（tracking node）或验证节点（validating node）把交易广播到整个网络中。追踪节点的次要功用是分发交易信息以及呼应客户端的账本请求。验证节点除包括追踪节点的所有功用外，还能够通过共识协议，在账本中增加新的账本实例数据。

Ripple 的共识达成发生在验证节点之间，每个验证节点都预先配置了一份可疑心节点名单，称为 UNL（Unique Node List）。在名单上的节点可对交易达成进行投票。共识过程如下：

(1) 每个验证节点会不时收到从网络发送过去的交易，通过与外地账本数据验证后，不合法的交易直接抛弃，合法的交易将汇总成交易候选集（candidate set）。交易候选集外面还包括之前共识过程无法确认而遗留下去的交易。

(2) 每个验证节点把自己的交易候选集作为提案发送给其他验证节点。

(3) 验证节点在收到其他节点发来的提案后，如果不是来自UNL上的节点，则疏忽该提案；如果是来自UNL上的节点，就会对比提案中的交易和外地的交易候全集，如果有相同的交易，该交易就获得一票。在一定时间内，当交易获得逾越50%的票数时，则该交易进入下一轮。没有超越50%的交易，将留待下一次共识过程去确认。

(4) 验证节点把超越50%票数的交易作为提案发给其他节点，同时提高所需票数的阈值到60%，反复方法(3)、办法(4)，直到阈值达到80%。

(5) 验证节点把经过80%UNL节点确认的交易正式写入外地的账本数据中，称为最后封锁账本（last closed ledger），即账本最后（最新）的外形。

在Ripple的共识算法中，参与投票节点的身份是事前知道的，因此，算法的效率比PoW等匿名共识算法要高效，交易确实认时间只需几秒钟。这点也决议了该共识算法只适宜于联盟链或私有链。Ripple共识算法的拜占庭容错（BFT）才干为（n-1）/5，即可以容忍整个网络中20%的节点出现拜占庭过失而不影响正确的共识。

2. 简图理解模式

共识过程节点交互示希图：

共识算法流程：

（八）POOL验证池共识机制

Pool验证池共识机制是基于激进的分布式一致性算法（Paxos和Raft）的基础上开拓的机制。Paxos算法是1990年提出的一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。过去, Paxos一直是分布式协议的规范，但是Paxos难于理解，更难以完成。Raft则是在2013年公布的一个比Paxos繁杂又能完成Paxos所解决问题的一致性算法。Paxos和Raft达成共识的过程皆似乎选举一样，参选者需要压服大少数选民(效劳器)投票给他，一旦选定后就跟随其操作。Paxos和Raft的区别在于选举的精细过程不同。而Pool验证池共识机制即是在这两种干练的分布式一致性算法的基础上，辅之以数据验证的机制。

区块链是树立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特性是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需树立相互之间的怀疑，只需依托区块链协议系统就能完成交易。

可是，要如何保证账本的准确性，威望性，以及牢靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎样办？如何防止账本被窜改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在树立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特地节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；当出现见地不一致时，在没有中心掌握的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在相互没有信任根底的团体之间如何树立信任联系。

区块链技术正是使用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信誉机构来进行全新的信誉发明。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时分都反应出全网的外形。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（适用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下去我们主要说说罕见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proof of work ），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目的而设置的度量方法。繁杂理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完整去中心化的长处，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自在进出，并通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的才干是节点算力的详细表现。

应用：

POW最知名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻觅到一个契合要求的Block Hash由N个前导零形成，零的个数取决于网络的难度值。这时期需要经过少量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻觅合理hash是一个概率事情，当节点具有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到Block Hash。在节点胜利找到满意的Hash值之后，会立刻对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则标明曾经有节点胜利解迷，自己就不再合作以后区块，而是选择接受这个区块，记载到自己的账本中，然后进行下一个区块的合作猜谜。网络中只要最快解谜的区块，才会增加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的独一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会招致网络的节点验证不通过，直接抛弃其打包的区块，这个区块就无法记载到总账本中，作弊的节点消耗的本钱就白费了，因此在庞大的挖矿本钱下，也使得矿工自觉志愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的平安。

优缺陷

优点：结果能被快速验证，系统承当的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺陷：需要耗费少量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（Proof of Stake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是，当发明一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会依照事后设定的比例把一些币发送给矿工自身。权益证明机制根据每个节点具有代币的比例和时间，根据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻觅随机数的速度。

应用：

2012年，化名Sunny King的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的初次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络平安。

为了完成POS，Sunny King自创于中本聪的Coinbase，特地想象了一种特地类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你具有10个币，并且持有10天，那你就搜罗到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被耗费（保管）了。

优缺陷：

优点：变短达成共识所需的时间，比工作量证明愈加糜费能源。

缺点：实质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（Delegated Proof of Stake），与董事会投票相似，该机制具有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决保守的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的专制抵消中心化所带来的反面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非部分用户。在这样的区块链中，部分节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理部分节点确认区块、坚持系统有序运转。

同时，区块链中的部分节点具有随时任用和任命代表的权利。如果必要，部分节点可以通过投票让现任节点代表获得代表资历，重新选举新的代表，实梦想时的专制。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。失掉总赞同票数中的前N个（N一般定义为101）候选者可以中选为见证人，中选见证人的个数（N）需满意：至多一半的参与投票者置信N已经充沛地去中心化。

见证人的候选名单每个保护周期（1天）更新一次。见证人然后随机陈设，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种想象使得区块的生成更为快速，也愈加节能。

DPOS充沛应用了持股人的投票，以公允民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池相互的权益是完整相等的。持股人可以随时通过投票改换这些见证人（矿池），只需他们提供的算力不动摇，计算机宕机，大约试图应用手中的权利作恶。

优缺点：

优点：增加参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证

缺点：中心水平较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公允性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来坚持代理节点的稳定性。

所谓共识，复杂理解就是指自己都达成一致的意义。

在区块链中，其实就是一个规则，每个节点都依照这个规则去确认各自的数据，最后维护整个网络的数据库保持一致。

如果以生活中的例子来举例的话，比往常天公司开个会议，但是由于老总不在，需要自己议论决定一个项目做与否。

在这么一个群龙无首的环境中？

如何达成这个一致见地，最后构成一个决策来交给老总呢？这个过程就是需要共识机制发扬作用了。

这时或许就有人建议，自己都发个言，表个态，最后自己进行投票，并且建议人就会把议论发言过程记录，并且最后把举手投票结果注销后，将结果交给老总。

最后根据“如果投赞同票的人数多于支持票的，则项目就开干；否则就不干了”的规则，构成了决定结果。那么这个投票的规则就是共识机制。

在区块链世界外面，由于区块链运转的是一个分布式账本，或许是说分布式数据库，当一个新区块产生时，如何核对区块下面的每一笔账的准确性，让每台电脑上注销的账本都临时保持一致呢？

这就需要一个共识机制的存在了。因此共识机制，就是一套使区块链系统长期保持各个节点的账目（或许说数据）一致的机制，

区块链里，共识是区块链技术里的信任解决方案。

共识，是自己认可的，认可即生效，支持即出局。

就如你经常遵守社区机制，做一些自私自利的事。

那么你就会变成歹意节点步履维艰，团体信誉度降低。甚至被社区拉入黑名单，或许驱除入境。