什么是区块链的共识机制和方法(什么是区块链的共识机制和方法)

要理解共识机制，首先要理解什么是共识。 我们生活在一个多元化的世界。没有完全相同的树叶，也没有完全相同的两个人。 所谓共识，就是一群各方面存在差异的人，在某一方面达成了一致，成为共同遵守的规则。 人类文明的发展与繁荣离不开社会群体中个体之间的分工与合作，而如何分工，如何决策，如何分配成果和奖惩，都依赖于一个公认的规则，或者说共识。 所谓共识机制，是指一个群体能够达成和保持共识的方式，而共识机制往往决定了群体的组织形式。 在人类文明早期，武力是所有群体建立和维护共识规则的主要方式。人类通过武力建立了部落、国家等中央集权的管理当局，制定了中央集权的管理规则，并惩罚不接受规则的个人。 当然，随着文明的发展演变，我们开始制定法律，设计选举，引入协商仲裁机制，成为公司、协会、政府、学校等社会团体达成和维持共识的方式。然而，在所有这些文明做法的背后，我们仍然依赖于一个庞大的国家暴力机器的支持。 文明选择通过武力建立中央集权的权威来建立和维护群体共识，不仅是因为这种方法在早期文明中速度最快，也是因为依靠中央集权的管理方法更高效、更稳定。 然而，集中化并不是唯一可行的方案。只要能提出一个同样安全、稳定、便捷，不依赖集权权威的共识机制，也能建立一套与之相对应的新的组织形式。 区块链技术的出现正好提供了这样一种选择，但是这种去中心化的逻辑并不是基于现实世界而是基于一个相对轻量级的网络环境。 共识机制的对象不是个人，而是拥有不同所有权的计算机。通过区块链共识机制的应用，可以将分散在世界各地的计算机汇聚成一个统一的网络，实现大规模的机器协作。下面，我们将从技术角度详细拆解区块链共识机制。 作为一个点对点的协同网络，区块链的原理是每个节点都有一个独立的账本，保持账本同步就可以把账本放在一起。但是，在没有指挥协调中心，网络状态复杂多变的情况下，如何保证完全分散在空中的所有节点的账本能够完全一致？这需要区块链的共识机制。 以比特币为例，我们尝试讨论一个典型的区块链系统的记账过程。公共账本记录了比特币网络中每时每刻都在发生的转账交易，但这些转账信息并不会立即写入账本，而是每隔一段时间统一保存一次。 每次记账都会在账簿中生成一个新的块。该块不仅记录了几个转移记录，还包含了出生时间、上一个块的摘要等。这样，账本中的每一块就可以按照时间顺序形成一个链式结构。 之所以选择这种分块式记账方式，而不是所有节点立即记录所有信息，是因为在整个去中心化的系统中，由于不同节点之间的网络状态以及空之间的位置不同，数据无法完全同步，每个节点记录结果的正确性可以通过结构化的数据包来保证。 对于每一个新块，几乎出于同样的原因，单独记录每个节点的方法不足以保证账簿的唯一性。 针对这个问题，区块链网络中选择的响应方法是通过某种自动竞争手段选择一个唯一的节点。首先，被选中的节点将数据打包生成块，并记录在自己的账簿中。然后，所选择的节点通过互联网向其他节点通知新产生的块数据。其他节点收到信息并验证分块无误后，同步记录在自己的账本中。以上是一个完整的去中心化分布式记账流程。 在这个过程中，共识机制着重解决两个问题:一是完全平等的节点之间如何争夺记账权。从链技术发展至今，争夺记账权的方式有很多种，我们后面会详细介绍。 第二种可能是，在实际操作中，由于网络延迟等原因，偶尔有两个节点认为自己获得了记账权，于是打包分块通知其他节点，其他节点会记录第一个通知，忽略另一个。考虑到两次通知的时间间隔较短，必然会导致所有节点的账簿书写不一致。 在这种情况下，区块链网络的解决方案是暂时接受这种链分叉状态，以后续分块打包节点的记录为准。 这种保持最长链的方式，可以保证在复杂的网络环境下，多个节点仍然可以记录一个权威的账本。 现有数百个独立的区块链网络，所使用的共识机制也是类似的。主要区别在于上面提到的竞争簿记方法，所以我们经常用竞争簿记来命名不同的区块链共识机制。 最常见的有POW、POS、DPOS等等。 POW(工作量证明)被很多货币采用，比如比特币、以太坊。它的竞争记账逻辑是每个节点竞争计算一个随机数。要得到这个随机数，它必须经过一定的工作量。 这种方法简单粗暴但极其有效，但也常因耗能和易节点集中而被诟病。 POS(权益证明)是一个游戏，节点持有的代币数乘以持有时间来分配记账权。记账权越高，获得记账权的概率越大。这种竞争方式的实现对技术要求较高，容易成为富节点。 DPOS(股票授权证书)共识机制的竞争簿记逻辑类似于人民代表大会制度。代币持有者拥有相应金额的投票权，投票节点拥有轮流记账的权利。 使用DPOS的最著名的区块链项目是EOS。这种共识机制最明显的优点是效率极高，更符合目前人们的接受习惯，但缺点也很明显，主要表现在集权程度最高。许多人认为这违背了区块链的初衷。