吴桐：区块链共识机制的经济学分析

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吴桐：中央财经大学金融学博士，CECBC区块链专委会副主任、数字经济商学院院长，数字资产研究院学术技术委员会委员，伏羲智库兼职研究员，区块链和数字经济领域知名学者，著有《链改：重塑社会结构与经济格局》、《链政经济：区块链和政务系统的融合》。

原文发表于《广义虚拟经济研究》2020年02期（季刊），《广义虚拟经济研究》杂志（季刊）由中国航空工业集团公司主管，中航出版传媒有限责任公司主办，中航出版传媒有限责任公司出版。

广义虚拟经济是一个由中国航空工业集团公司原董事长，中共十八届中央委员会中央委员，中国航空学会理事长林左鸣教授提出的新的经济学理论体系。

他讲广义虚拟经济定义为将同时满足人的物质需求和心理需求（并且往往是以心理需求为主导的经济），以及只满足人的心理需求的经济的总和，它是一种基于生活价值论的以人为本的经济。

摘要：区块链作为一项蕴含经济学内核的前沿技术，理解其共识机制的经济学含义、优化共识机制的经济模型设置对推进区块链技术落地、赋能实体经济发展具有重要意义。

本文分别阐述了区块链的三种共识机制——算法共识、决策共识和市场共识的内涵、外延，分别分析了主流算法共识 POW、POS、DPOS、DAG 的经济学含义以及不同算法共识的融合发展趋势，并为如何协同区块链三种类型的共识机制给出发展建议，以期促进区块链技术创新和产业发展。

一、引言2019 年 10 月 24 日中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。

中共中央总书记习近平在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。

区块链作为一种涵盖了P2P网络、加密算法、共识机制、智能合约等要件的复合型技术，经济模型、决策机制和激励模式在其中发挥着至关重要的作用。

[1] 区块链在全球范围内应用落地不仅与区块链本身的成熟度、区块链与其他技术（如人工智能、大数据、物联网等）的融合程度、相关基础设施建设密切相关，还离不开共识机制的设置与发展，理解区块链共识机制的经济学含义具有重要的理论和现实意义。

狭义上的区块链共识机制是指算法共识，算法共识旨在通过机器语言和机制设计解决两个核心问题 ：第一，谁有权利写入数据 :第二，在分布式账本中其他节点如何同步数据。

较为经典的算法共识有工作量证明机制 (Proof Of Work,POW)、权益证明机制（Proof Of Stake,POS)、委托权益证明机制（Delegated Proof Of Stake,DPOS）、有向无环图 (Directed Acyclic Graph,DAG) 等。

理解算法共识的经济学含义对于促进区块链技术与应用场景的融合、完善区块链监管与治理机制、弥合区块链与现有法律政策体系的鸿沟均有重要意义。

事实上，算法共识仅是区块链共识机制的一部分，构成了区块链链上共识机制的主要内容。

在现实中，依靠社群成员通过集体决策做出决定的决策共识和依靠各市场参与者的市场交易行为形成的市场共识同样发挥重要作用，二者构成区块链链下治理的主要内容。

算法共识、决策共识、市场共识三者构成完整的区块链共识机制体系，三者互相关联而密不可分。

算法共识是分布式网络中节点运行的算法规则，决策共识反映分布式节点的控制实体制定或修改算法规则的过程，市场共识是算法共识和决策共识在市场和价格层面的反映，也会对算法共识和决策共识产生重要的反作用。

如何理解区块链共识机制体系的经济学含义对于推动区块链技术创新和产业发展具有重要作用。

本文分别阐述了区块链的三种共识机制——算法共识、决策共识和市场共识的内涵、外 延， 分 别 分 析 了 主 流 共 识 算 法 POW、POS、DPOS 以及 DAG 的经济学含义，并为如何协同区块链三种类型的共识机制给出发展建议，以期促进区块链技术创新和产业发展。

二、区块链三种类型的共识机制当前对区块链共识机制的讨论，一般停留在狭义层面，即指区块链的算法共识机制。

这体现了机械的区块链观，只注重链上共识机制，而忽略链下共识机制。

当前实物、数据、资产上链还处在早期阶段，链下共识机制的重要程度更甚于链上共识机制。

链下共识包括决策共识和市场共识，又被称为“人的共识”。

[2][3] 厘清区块链三种类型的共识机制之间的内涵和联系，具有重要的理论和现实意义。

（一）区块链的算法共识机制区块链的算法共识是通过机器语言编程的算法解决“谁有权利写入数据”和“在分布式账本中其他节点如何同步数据”这两个核心问题。

“谁有权利写入数据”决定着“在分布式账本中其他节点如何同步数据”。

根据写入数据的主体不同，区块链可分为公有链、联盟链和私有链。

在公有链中，任何节点都有权利写入数据，通过“挖矿”算力竞争、持有 token 的“币龄”（Token day）进行治理，不仅需要考虑网络中存在故障节点，还需要考虑作恶节点。

在公有链中常见的共识机制有 POW、POS、DPOS、DAG 等。

公有链又称“非许可链”，其经济系统在规则之外再无规则，是管制最少、市场化程度最高的区块链经济系统。

与“非许可链”的概念相对应，许可链包括联盟链和私有链。

在联盟链中，只有特定的节点具有写入数据的权利，任何新加入的节点都需要验证和审核，同样需要考虑故障节点和作恶节点:但相比作恶节点，故障节点已经成为重点考虑的问题。

在联盟链中常见的共识机制有实用拜占庭 容 错 算 法（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）等 ,Facebook 发布的全球稳定币项目 Libra白皮书中，Libra 采用的即为 PBFT 共识。

[4-5] 联盟链经济系统属于有管制的市场经济体系，其市场化程度与记账节点的数量成反比。

联盟链在一定程度满足场景需要的同时，能够实现可监管性和风险可控性，因此成为我国政府大力倡导的落地架构。

[6]私有链本质上属于中心化的封闭系统，只有该节点具有写入数据的权利，不需要考虑新节点的加入及退出，也不存在作恶节点，当单一的记账节点出现问题时，整个经济系统就处于崩溃状态，因此私有链不需要算法共识机制。

经济社会最核心的权利是记账权，与之配套的基础设施是如何同步账本，保证各市场主体拥有相同的公共账本和各利益相关者拥有相同的私有账本。

当单个的交易发生时，如果这一交易不能被市场机制捕捉并作为因子纳入其中，则这一交易实质上并没有为市场价格的形成发挥作用。

同样，在区块链经济系统中，整个经济行为的市场化流程如下 ：第一，从全体利益相关者组成的社群集合 {M} 中选出记账节点集合 {A}，这一过程用 f({M}) → {A} 来表示，记账节点集合 {A}拥有该经济系统的记账权。

第二，记账节点集合{A} 按照区块容量、交易等待时间、交易费用等多因素综合排序后 , 将当前时间段内整个经济系统中的交易打包到一个区块中 , 并将生成的新区块广播给全体验证节点集合 {D} 或其代理节点 D。

第三，全体验证节点集合 {D} 或其代理节点 D 受到被广播的新区块后，验证其交易的正确性。

若新区块中的交易被大多数验证节点认可，则被更新到区块链中。

第四，记账节点集合 {A} 将新区块添加到最长的主链上 , 主链记录着从创世区块到最新区块的完整交易信息。

如果主链发生分叉 , 则需根据其算法共识选择一条分支作为主链。