共識機(jī)制是一個熱門話題，涉及到環(huán)境、可擴(kuò)展性和安全性。但它們究竟是什么？

什么是共識機(jī)制？

在加密貨幣世界中，共識機(jī)制是使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠共同工作以確保網(wǎng)絡(luò)安全的協(xié)議和算法。

網(wǎng)絡(luò)中51%的節(jié)點(diǎn)必須就網(wǎng)絡(luò)的全球狀態(tài)達(dá)成一致，以便達(dá)成共識。

在某種程度上，這只是一種通俗的說法，"這是我們要用的方法，以確保我們都同意對方的觀點(diǎn)"。

我們達(dá)成了什么共識？

區(qū)塊鏈技術(shù)由經(jīng)過驗(yàn)證的區(qū)塊組成，然后添加到一個鏈上（因此得名區(qū)塊鏈）。

每個區(qū)塊包含一個特定時間段內(nèi)經(jīng)過驗(yàn)證的交易列表。這是每個人都可以看到的；也就是說，你可以回去看區(qū)塊鏈上的每一筆交易。

共識機(jī)制被用來驗(yàn)證添加到區(qū)塊鏈上的交易。

一些更高級的區(qū)塊鏈項(xiàng)目也會使用共識機(jī)制來驗(yàn)證存儲的數(shù)據(jù)、智能合約等。

但在基本層面上，共識機(jī)制是用來驗(yàn)證交易的。

協(xié)商一致機(jī)制是如何運(yùn)作的？

嗯，這取決于一個區(qū)塊鏈決定使用的模式。有兩種主要類型的共識機(jī)制：工作證明（PoW）和權(quán)益證明（PoS）。

什么是工作證明 

工作證明是比特幣使用的共識機(jī)制。其他使用它的加密貨幣項(xiàng)目有以太坊1.0，Dogecoin，和Litecoin。

它最初是由辛西婭-德沃克和莫尼-瑙爾在1992年開發(fā)的，作為防止垃圾郵件的一種方式。盡管是該模型的首次提出，但他們當(dāng)時并沒有將其稱為工作證明。相反，它被稱為 "定價功能"。

一直到2009年，中本聰創(chuàng)造了比特幣，它使用工作證明作為共識機(jī)制。它被用來驗(yàn)證交易，以及在區(qū)塊鏈上創(chuàng)建新區(qū)塊。

從那時起，它已經(jīng)發(fā)展成為加密貨幣項(xiàng)目中廣泛使用的共識機(jī)制。

工作證明是如何運(yùn)作的？

網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)將試圖回答難以解決，但容易驗(yàn)證的加密難題--試圖解決難題的節(jié)點(diǎn)被稱為礦工。一旦一個礦工完成了一個謎題，他們就會把這個謎題廣播到區(qū)塊鏈上，以便其他礦工可以驗(yàn)證這個解決方案。

密碼謎題的答案是一個叫做 "NONCE "的隨機(jī)數(shù)，它代表只使用一次的數(shù)字。這個數(shù)字不能被預(yù)測，只能被猜測。

這意味著你必須投入大量的時間來尋找NONCE。

一旦與區(qū)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，并通過哈希函數(shù)，NONCE將產(chǎn)生一個具有一系列條件的結(jié)果。這就是礦工將通過的過程，以驗(yàn)證解決方案是否正確。

當(dāng)有效的NONCE與一個區(qū)塊結(jié)合時，它會創(chuàng)建一個區(qū)塊哈希。然后，這將被存儲在經(jīng)過驗(yàn)證的區(qū)塊上，作為礦工工作的證明。然后，區(qū)塊將被創(chuàng)建并添加到區(qū)塊鏈上。

現(xiàn)在你有證據(jù)證明你付出了工作來解決這個難題。因此，你會得到一個加密貨幣形式的獎勵，稱為礦工的獎勵，。

這個獎勵只給首先找到NONCE的人，而不管其他人可能為解開這個謎題投入了多少精力。

工作證明的能源問題

由于礦工的獎勵，比特幣挖礦是一種為自己創(chuàng)造被動收入的方式，這就是個人和大公司投資成為礦工的原因。

你的計算能力越強(qiáng)，解決加密難題的設(shè)備越好，你就越有可能收到錢作為獎勵。

換句話說，一臺超級計算機(jī)比一臺2008年的戴爾電腦更有可能找到NONCE。

這導(dǎo)致了比特幣網(wǎng)絡(luò)上使用了大量的能源。它導(dǎo)致了環(huán)境保護(hù)者反對工作證明的共識機(jī)制。

比特幣網(wǎng)絡(luò)占全球電力消耗的0.66%，占全球能源消耗的0.23%。

比特幣消耗的電力足以為劍橋大學(xué)供電1081年，或?yàn)橛械牟鑹毓╇?3年。

然而，并非所有都是壞事。比特幣網(wǎng)絡(luò)所消耗的大量計算能力實(shí)際上意味著該網(wǎng)絡(luò)更加安全。

這是因?yàn)椋瑸榱斯魠^(qū)塊鏈，你需要控制網(wǎng)絡(luò)上51%的計算能力（稱為51%攻擊）。擁有這么多計算能力可能要花費(fèi)數(shù)十億美元，這在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。

什么是 "權(quán)益證明"

權(quán)益證明是Solana、Cardano和Tezos使用的共識機(jī)制。

它最早于2011年在比特幣論壇上創(chuàng)建，作為工作證明的替代品，以改善舊的共識機(jī)制的不足之處。2012年，我們看到了第一個采用權(quán)益證明的加密貨幣項(xiàng)目 - Peercoin。

以太坊2.0將看到區(qū)塊鏈從工作證明轉(zhuǎn)向權(quán)益證明。試圖做到 "更可擴(kuò)展、更安全、更可持續(xù)"。

這種方法比工作證明方法使用的計算能力要少得多。而且，因此，使用它的項(xiàng)目被視為更環(huán)保。

權(quán)益證明是如何工作的？

權(quán)益證明的共識機(jī)制是偽造區(qū)塊，而不是像工作證明方法那樣挖礦。

在工作證明項(xiàng)目中，代幣被創(chuàng)造出來作為對礦工的獎勵，但在權(quán)益證明項(xiàng)目中，交易費(fèi)被用作獎勵。因此，權(quán)益證明項(xiàng)目通過出售預(yù)先開采的代幣啟動，或者最初以工作證明方式啟動，然后過渡到權(quán)益證明。

如果你想?yún)⑴c偽造區(qū)塊，你必須將你的代幣入股。抵押過程要求你將你的代幣鎖定在網(wǎng)絡(luò)中，這意味著，你在這段時間內(nèi)無法使用它們。

這是因?yàn)槿绻闶且粋€壞的行為者，你將會被奪走你的抵押代幣作為懲罰--使這樣的行為在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

Stakers，也被稱為驗(yàn)證者，在工作證明中承擔(dān)著與礦工類似的角色。

接下來，使用偽隨機(jī)選擇方法選擇驗(yàn)證人。其中最流行的三種方法是node wealth、coin age selection和randomized block selection。

讓我們仔細(xì)看看每種方法。

node wealth

簡單地說，你押的代幣越多，你被選中驗(yàn)證下一個區(qū)塊的機(jī)會就越大。

如果這是選擇驗(yàn)證者的唯一變量，那么只有最富有的投幣者才能保證網(wǎng)絡(luò)的安全；使項(xiàng)目的分散性降低，更容易受到壞人的攻擊。

coin age selection 

一個節(jié)點(diǎn)將根據(jù)代幣被抵押的時間來選擇，使用這個公式。

幣齡 = 抵押的天數(shù) x 抵押的幣數(shù)

一旦一個節(jié)點(diǎn)完成了區(qū)塊的鍛造，它的幣齡就會被重置為零。因此，他們必須等待一段時間才能鍛造另一個區(qū)塊。這可以防止富裕的釘子戶主導(dǎo)鍛造過程。反過來，使區(qū)塊鏈更加分散。

randomized block selection 

隨機(jī)區(qū)塊選擇將通過尋找具有最低哈希值和最高股權(quán)的節(jié)點(diǎn)來選擇下一個偽造者。

值得注意的是，每個使用權(quán)益證明共識機(jī)制的加密貨幣項(xiàng)目在選擇偽造者時都使用自己的一套規(guī)則和方法。

回到驗(yàn)證一個區(qū)塊...

當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)最終被選中時，它將驗(yàn)證該區(qū)塊上的交易。每筆交易都用發(fā)件人的私鑰簽名。

驗(yàn)證者將使用這個密鑰來找到發(fā)件人的公鑰和地址。利用這些信息，他們將驗(yàn)證發(fā)件人是否真的有他們要花的錢，以及他們是否有多次花費(fèi)代幣（被稱為雙重消費(fèi)問題）。

接下來，散列函數(shù)將經(jīng)過驗(yàn)證的散列交易分組為一棵Merkle樹。然后，偽造者使用其私鑰簽署區(qū)塊，并將其廣播到區(qū)塊鏈上，讓其他驗(yàn)證者（現(xiàn)在稱為證明者）證明該區(qū)塊是有效的。

槽和紀(jì)元是用來劃分時間的。槽是為創(chuàng)建一個區(qū)塊而設(shè)定的時間（以太坊2.0的12秒）。

一個紀(jì)元是一個更大的定義時間段，它通常預(yù)示著什么時候會選擇一組新的驗(yàn)證者（以太坊2.0的32個槽位，大約6分24秒）。

通常情況下，每個槽會在區(qū)塊鏈上產(chǎn)生一個區(qū)塊。然而，如果偽造者未能及時產(chǎn)生區(qū)塊，這可能是空的。

一旦區(qū)塊被驗(yàn)證并添加到區(qū)塊鏈上，偽造者節(jié)點(diǎn)將獲得加密貨幣形式的獎勵。

如前所述，這通常來自于交易費(fèi)用。如果證明人正確證明，也會得到獎勵。

并非所有的權(quán)益證明項(xiàng)目都會遵循這個確切的方法，并對系統(tǒng)稍作調(diào)整。

委托持股證明

一些權(quán)益證明項(xiàng)目允許你把你的代幣委托給其他驗(yàn)證者，而不是自己去設(shè)置一個節(jié)點(diǎn)。這降低了賭注獎勵的準(zhǔn)入門檻。

個人根據(jù)記錄和聲譽(yù)來選擇將他們的代幣委托給哪個驗(yàn)證者。其他因素也可以決定某人將他們的代幣委托給哪里，比如他們是否使用環(huán)保能源，是否有一定比例的捐贈給慈善機(jī)構(gòu)。

工作證明（Proof-of-Work）和權(quán)益證明（Proof-of-Stake）之間的區(qū)別

好吧，這是一個很大的信息。讓我們快速總結(jié)一下共識機(jī)制的差異。

工作證明

• 比特幣使用它
• 區(qū)塊被挖掘出來
• 礦工解決密碼學(xué)難題
• 需要大量的計算能力來挖礦
• 只有解開謎題的人才能得到獎勵
• 對環(huán)境非常不利

權(quán)益證明

• Cardano使用它
• 區(qū)塊是偽造的
• 密鑰和簽名被用來驗(yàn)證交易
• 驗(yàn)證者必須用他們的代幣做賭注才能被選中來偽造區(qū)塊
• 驗(yàn)證者和證明者都會得到獎勵
• 更加環(huán)境友好

其他共識機(jī)制

盡管這是最流行的兩種共識機(jī)制，但它們并不是唯一的。事實(shí)上，在我們說話的時候，更多的共識機(jī)制正在被創(chuàng)造出來。

以下是一些替代性共識機(jī)制的例子。

空間和時間證明 

這種共識機(jī)制允許項(xiàng)目存儲數(shù)據(jù)，而不僅僅是驗(yàn)證交易。

從本質(zhì)上講，該模型設(shè)置了一種將信息放到硬盤上的方式，然后會隨機(jī)檢查信息是否還在那里。

人們?yōu)樗麄兊男畔⒈淮鎯Χ顿M(fèi)，然后那些存儲數(shù)據(jù)的人則為存儲付費(fèi)。

授權(quán)證明

這是一個更集中的權(quán)益證明的版本。

權(quán)威證明項(xiàng)目不允許任何人成為驗(yàn)證者，而是選擇幾個他們信任的節(jié)點(diǎn)。這樣做是為了更快地處理交易，以及進(jìn)一步減少對環(huán)境的影響。

唯一節(jié)點(diǎn)列表

這是瑞波（XRP）使用的共識機(jī)制。

與授權(quán)證明類似，你選擇幾個你信任的節(jié)點(diǎn)。這一次，節(jié)點(diǎn)不需要抵押任何東西，他們只需要驗(yàn)證交易。

交易被發(fā)送到大量的節(jié)點(diǎn)，他們被要求簽署有效的交易。如果一個交易沒有得到很多簽名，它就被認(rèn)為是無效的，所以它被扔掉。

共識機(jī)制對于確保區(qū)塊鏈的安全并使其成為今天的樣子至關(guān)重要。我們從工作證明開始，目前正在演變?yōu)闄?quán)益證明，作為減少我們對地球傷害的一種方式。

但是，這將是剩下的時間里的共識機(jī)制嗎？或者我們很快就會看到另一種演變？