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  • 常见区块链共识问题

    2021-01-26 20:39:08
    共识机制是为了解决拜占庭将军问题提出的,它是区块链的核心。也就是就某件事或某个交易,在分布式,互不信任的环境中,各参与者之间达成一致的过程。 共识机制的目标是什么? 共识机制的目标有两点: a) 一致...

    什么是共识机制?

    共识机制是为了解决拜占庭将军问题提出的,它是区块链的核心。也就是就某件事或某个交易,在分布式,互不信任的环境中,各参与者之间达成一致的过程。

     

    共识机制的目标是什么?

    共识机制的目标有两点:

    a) 一致性:所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

    b) 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。

     

    区块链目前主要有哪些共识机制?

    区块链目前主要的共识机制有:

    a) POW(Proof of Work)工作量证明;

    b) POS (Proof of Stake) 权益证明机制;

    c) DPoS (Delegated Proof of Stake) 委托权益证明机制;

    d) PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) 实用拜占庭容错;

    e) DBFT (Delegated BFT) 授权拜占庭容错算法。

     

    几种区块链平台目前都使用什么共识机制?

    目前主要区块链平台使用以下共识机制:

    a) 比特币:工作量证明(POW);

    b) 以太坊:以太坊前三个阶段采用的是POW共识机制,第四个阶段将采用自己创建的POS机制;

    c) Hyperledger:可插拔设计,主要有 Solo, Kafka, PBFT等,可根据需要选择。

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  • 区块链共识:这是我试图列出所有可能的区块链共识的尝试,我欢迎区块链社区的拉动请求! 让它成为区块链共识的主要参考
  • 文章出处:... 区块链共识算法知多少?(POW、POS、DPOS、PBFT区块链共识算法) ...POW、POS、DPOS、PBFT区块链共识算法区块链区块链是一种去中心化的分布式账本系统,它可...

    文章出处:http://www.tanjiaoyi.com/article-23783-1.html

    来源: 拓朴区块链
    区块链 共识算法 
    POW、POS、DPOS、PBFT区块链共识算法

    区块链

    区块链是一种去中心化的分布式账本系统,它可以用于登记和发行数字化资产、产权凭证、积分等,并以点对点的方式进行转账、支付和交易。区块链系统与传统的中心化账本系统相比,具有完全公开、不可篡改、防止多重支付等优点,并且不依赖于任何的可信第三方

    由于点对点网络下存在较高的网络延迟,各个节点所观察到的事务先后顺序不可能完全一致。因此区块链系统需要设计一种机制对在差不多时间内发生的事务的先后顺序进行共识。这种对一个时间窗口内的事务的先后顺序达成共识的算法被称为“共识机制”。

    在区块链这样一个分布式数据库中,保障整个系统的安全性和适应性是非常重要的,这也是共识算法出现的根本原因,那么在区块链中有多少种共识算法呢?

    1
    POW:Proof of Work,工作量证明

    POW工作量证明是比特币在Block的生成过程中使用的,可以说是最原始的区块链共识算法了。POW算法不难理解,就是通过工作量的大小来统计数据,比如一块矿石含铁量有5%,那么你要得到数量为5的铁时,就需要100个这样的矿石。你的铁越多就说明你用于提炼铁矿石越多。你的铁越多,这个证明就越可靠。

    据一个简单的例子,选举投票画“正”字方法,“正”字越多就说明你在选民中的选票越高,你更容易选中或排名靠前。比如有三个“正”以上的的可以晋级,那么超过三个“正”字的全部都可以晋级。

    再比如有个在美国待了10年的中国人,回来之后几乎不用对他英语进行考察,因为他在美国待了10年,我们相信他英文是肯定没有问题的。也就是说他在美国的这10年大多数是用英文交流的,他已经投入了足够的工作量。这个工作量与他的英文熟练程度是成正相关的。

    考英语六级为什么要做很多题目的原理也是这样,是一种工作量的证明,只有多做题,工作量才会提升,通过六级的概率才会大,反过来看,如果他有英语过了8级,那么我们相信他有英语8级的实力。

    当然,POW算法也应用于我们生活中的其他场合,比如格斗类游戏和FPS类游戏的K/D比和胜率,越高就说明你越强。


    2
    POS:Proof of Stake,股权证明

    PPC是从中本聪所创造的BTC衍生出来的一种P2P的电子密码货币,以股权证明(Proof of Stake,以下简称POS)取代工作量证明(Proof of Work,以下简称POW)来维护网络安全。POS实际上可以取代POW的大部分功能。这主要是因为,和工作量证明POW一样,POS权益证明也不可能被轻易伪造。当然,这也是货币系统中的一个关键特性-防止伪造。从哲学角度而言,货币在过去就是一种“工作量证明”,因此其本身可以代替工作量的证明。

    在这里我们需要引入一个概念:币龄。

    至少早在 2010年,中本聪就在BTC设计中提出并使用了币龄这一概念,用于给交易排出优先次序,但这个概念在其安全模式中没有起来很重要的作用。币龄只是简单地定义为货币的持有时间段。简单举例说明一下:如果A从B那里收到了10个币,并且持有30天,那么A就收集到了300币天的币龄。

    如果A使用了从B收到的这10个币,我们就认为A从这10个币上积累的币龄被消耗(销毁)了。

    为简化币龄的计算,我们为每个交易引入了时间戳的概念。区块时间戳及交易时间戳相关联的协议得以强化,以便确定对币龄的运算。

    这有点像我们现在放在银行法币里面的利息,在交易中,区块持有人可以消耗他的币龄获得利息,同时获得为网络产生一个区块和用POS造币的优先权。

    由此POS区块的产生具有随机性,这一过程与POW相似。但有一个重要的区别在于,(POS)随机散列运算是在一个有限制的空间里完成的(具体来说为1 hash/未消费钱包的输出*秒),而不是象POW那样在无限制的空间里寻找,因此无需大量的能源消耗。

    3
    DPoS–Delegated Proof of Stake授权权益证明

    又称受托人机制,它的原理是让每一个持有比特股的人进行投票,由此产生101位代表 , 我们可以将其理解为101个超级节点或者矿池,而这101个超级节点彼此的权利是完全相等的。

    由于使用了去中心化的投票机制,DPoS相比其他的系统更加民主化。DPoS并没有完全去除对于信任的要求,代表整个网络对区块进行签名的被信任主体在保护机制下确保行为正确而没有偏见。另外,每个被签名的区块都有先前区块被可信任节点签名的证明。DPoS消除了交易需要等待一定数量区块被非信任节点验证的时间消耗。通过减少确认的要求,DPoS算法大大提高了交易的速度。通过信任少量的诚信节点,可以去除区块签名过程中不必要的步骤。

    DPOS引人注目的安全性来自于其选择块生产者和验证节点质量的算法。运用赞成投票的过程可以确保一个人即使拥有50%的有效投票权也不能独自挑选哪怕一个生产者。DPOS旨在优化拥有强壮网络连接的诚实节点100%参与(共识过程)的名义条件。这使得DPOS有能力在平均只有1.5秒的时间内以99.9%的确定性确认交易,同时以优雅和可检测的方式降级 – 从降级中恢复正常也不过是小事一桩。

    4
    PBFT–Practical Byzantine FaultTolerance实用拜占庭容错

    PBFT是Practical Byzantine Fault Tolerance的缩写,意为实用拜占庭容错算法。该算法是Miguel Castro (卡斯特罗)和Barbara Liskov(利斯科夫)在1999年提出来的,解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题,将算法复杂度由指数级降低到多项式级,使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。

    PBFT能够保证活性和安全性(liveness & safety)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。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。

    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。

    此算法由小蚁独创,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。

    上述是目前主要的区块链共识算法,当然还有其他的算法,比如PoET–Proof of Elapsed Time流逝时间量证明等。这几种算法大多是按该共识算法从诞生到热门的顺序来定的,无论是技术上,还是业务上,每种算法都在特定的时间段中有各自的考虑和意义。优缺点当然各有千秋。共识算法的选择主要与应用场景高度相关。网上也有很多这样的帖子,日后有时间我也会大家一同分享。
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  • 区块链共识机制综述

    2018-04-25 19:06:17
    简述区块链中的各种共识机制,并对其应用场景进行分析
  • 区块链共识机制及优缺点

    千次阅读 2019-01-02 14:22:22
    区块链共识算法

    区块链共识算法

    什么是“共识”

    由于点对点网络下存在较高的网络延迟,各个节点所观察到的事务先后顺序不可能完全一致。因此区块链系统需要设计一种机制对在差不多时间内发生的事务的先后顺序进行共识。这种对一个时间窗口内的事务的先后顺序达成共识的算法被称为“共识机制”。

    区块链去中心化的特性决定了:没有一个中心化组织确认每一笔交易的正确与否、可否进行。
    所谓“共识”,是各个节点在短时间内对交易的验证和确认。

    主要的共识算法

    1.Pow工作量证明

    工作量证明也就是常说的挖矿,通过运算计算出满足规则的随机数(nonce),即可获得本次记账权,发出本轮需要记录的数据,全网其它节点验证后一起存储。
    工作量证明要求节点参与者执行计算密集型的任务,但对于其它网络参与者来说易于验证。
    优点:

    • 完全去中心化,节点自由进出

    缺点:

    • 目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力,其它再用Pow共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全;
    • 挖矿造成大量的资源浪费;
    • 共识达成的周期较长,不适合商业应用

    2.Pos权益证明

    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。在所有的实施方案中,权益证明要求所有的参与者抵押一部分他们所拥有的token来验证交易。不同于通过完成复杂计算问题来验证交易,验证者需要通过锁定token来完成交易验证。

    通过锁定代币,如果验证者存在欺诈性交易,那么他们所抵押的token也会被削减。与工作量证明一样,权益证明的细节比这里呈现的要丰富得多。
    优点:

    • 在一定程度上缩短了共识达成的时间

    缺点:

    • 还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点

    3.DPos股份授权证明机制

    在委托权益证明中,不同于权益证明的抵押token来验证交易,而是通过token的持有者投票产生一组交易验证者(超级节点)。

    委托权益证明既是去中心化的,因为网络中的所有参与者都能参与投票选取节点来验证交易,但也是中心化的,因为只有一组交易验证者,这样的好处就是提高交易和验证的速度。
    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

    4.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;是目前行业链大范围在使用的共识机制
    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

    5.Dft拜占庭容错机制

    拜占庭容错机制本质上是一个高度技术性的算法(像其他共识算法一样)。一般来说,加密货币项目所采用的拜占庭容错机制是通过允许将军(节点)分别管理一条链,并在彼此之间共享消息用来确保正确的交易记录和每个节点的诚实性。

    优点:

    • 信任节点由社区共识产生,可扩展性以及低廉的转账费用。

    缺点:

    • 部分中心化

    以上是对区块链世界中使用的一些共识算法的非常快速的概述。总的来说,我们可以区分三种类型的共识:标准工作证明共识;基于投票许可的共识;基于彩票许可的共识。在区块链实现中选择哪种共识取决于网络类型和处理的数据。

    彩票类型更适合大型网络;投票类型更适合较小的网络,并将延迟降至最低。

    参考:
    https://baijiahao.baidu.com/s?id=1616375871982422956&wfr=spider&for=pc

    https://baijiahao.baidu.com/s?id=1611687187235044523&wfr=spider&for=pc

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  • 区块链共识算法

    千次阅读 2018-02-12 15:03:46
    转账自:https://mp.weixin.qq.com/s/Dnwdapt0zTZs04hbw0M_KQ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( Proof of Work)工作量证明一句话介绍...

    转账自:https://mp.weixin.qq.com/s/Dnwdapt0zTZs04hbw0M_KQ

    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( Proof of Work)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.POS Proof of Stake,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 :Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错

    介绍:在保证活性和安全性(liveness & safety)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。

    优点:

    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;


    本着支持国产的原则,下面说两个国内自创比较出色的

    4.dBFT: delegated BFT 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


    另外有几篇讲的也不错:

    http://blog.csdn.net/lsttoy/article/details/61624287

    http://blog.csdn.net/jerry81333/article/details/74303194
    展开全文
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  • 区块链共识技术二:pos共识机制

    千次阅读 2018-07-28 11:06:15
    区块链共识技术二:pos共识机制  灰色轨迹_36ca 关注 2018.05.13 00:18* 字数 1894 阅读 78评论 0喜欢 0  上一节,我们介绍啦pow共识机制,本章将对区块链另外的一些共识机制做介绍,它就是pos共识机制。 ...
  • 区块链共识机制的思考 有人说人工智能是生产力的变革,让机器思考更多,干更多的活,让人少做点;那么区块链是一种解放生产关系的技术,区块链是在互联网的基础上发展而来,互联网让信息的传播突破了空间和时间的...
  • 1. 啥是分布式系统 ...所以我们谈到区块链共识的时候,就需要从计算机专业中的分布式系统来讲起,因为区块链说来说去,它也只是分布式系统中的一类而已。 分布式系统在计算机领域中定义为:组件分布在联网的...
  • 1、两军问题 两军问题中信道是不可靠的,并且其中没有叛徒之说。 解决方式:Tcp的三次握手可以提供相对可靠地信道通信。 2、拜占庭将军问题 概述 拜占庭将军问题中并不去考虑通信兵是否会被截获或无法传达信息等...
  • 摘要:本篇文章是【区块链之技术进阶】的第七篇文章,在之前的文章中咱们多多少少提及了共识算法等相关知识,但是却没有具体地更加深入地了解,本文就为大家掰一掰区块链共识机制与分布式一致性算法,两者究竟有什么...

空空如也

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区块链的共识问题