『壹』 區塊鏈技術中的共識演算法
關於區塊鏈技術的一些講解和知識點分析我們已經給大家分享過很多次了。今天，霍營java課程就再來了解一下，區塊鏈技術中的共識演算法的一些基本定義與特點。
簡單過一下區塊鏈
我們一般意識形態中的鏈是鐵鏈，由鐵鑄成，一環扣一環。形象地，區塊鏈的也可以這么理解，只不過它不是由鐵鑄成，而是由擁有一定數據結構的塊連接而成，這是一個簡單的雛形
通俗講解共識
所謂共識，通俗來說，就是我們大家對某種事物的理解達成一致的意思。比如說日常的開會討論問題，又比如判斷一個動物是不是貓，我們肉眼看了後覺得像貓，其滿足貓的特徵，那麼我們認為它是貓。共識，是一種規則。
繼續我們的會議例子。參與會議的人，通過開會的方式來達到談論解決問題。
對比區塊鏈中，參與挖礦的礦工通過某種共識方式(演算法)來解決讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致。讓賬本保持一致的深入一層意思就是，讓鏈中區塊信息保持一致。
為什麼需要共識，不需要可不可以?當然不可以，生活中沒了共識的規則，一切亂套。區塊鏈沒了共識的規則，各個節點各干各的，失去一致的意義。
這兩個例子的對應的關系如下：
會議的人=挖礦的礦工
開會=共識方式(演算法)
談論解決問題=讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致
如果你對節點的概念意思不懂，請先理解為礦工，一個節點內部包含很多角色，礦工是其中之一。
共識演算法
目前常見的在區塊鏈中，節點們讓自己的賬本跟其他節點的賬本保持一致的共識方式(演算法)有如下幾種：
PoW，代表者是比特幣(BTC)
弊端：
礦池的出現，一定程度上違背了去中心化的初衷，同時也使得51%攻擊成為可能，影響其安全性。
存在巨大的算力浪費，看看礦池消耗大量的電力資源，隨著難度增加，挖出的不夠付電費
PoS，代表者是以太坊(ETH)，從PoW過度到PoS
弊端：
破壞者對網路的攻擊成本很低，擁有代幣就能競爭
另外擁有代幣數量大的節點獲得記賬權的概率會更大，會使得網路共識受少數富裕賬戶支配，從而失去公正性。
『貳』 區塊鏈的共識機制
一、區塊鏈共識機制的目標
區塊鏈是一種去中心化的資料庫，也稱為分布式賬本。與傳統中心化資料庫不同，區塊鏈技術允許資料庫存儲在全球成千上萬的電腦上，並通過點對點網路進行同步。區塊鏈由包含交易信息的區塊有序鏈接而成。
區塊鏈共識機制的目標是保證分布式系統里所有節點中的數據完全相同，並能夠對某個提案（例如一項交易記錄）達成一致。然而，分布式系統引入了多個節點，因此系統中會出現各種復雜情況。解決分布式系統中的各種邊界條件和意外情況也增加了解決分布式一致性問題的難度。
二、區塊鏈共識機制的分類
解決分布式一致性問題散攜的難度催生了數種共識機制，它們各有優缺點，適用於不同的環境及問題。常見的共識機制包括：
1. PoW（Proof of Work）工作量證明機制
2. PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制
3. DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制
4. PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法
5. DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法
6. SCP (Stellar Consensus Protocol) 恆星共識協議
7. RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法
8. Pool驗證池共識機制
每種共識機制都有其特定的應用場景和優缺點。例如，PoW適用於公有鏈，而PBFT和DBFT主要適用於私有鏈和聯盟鏈。SCP和Ripple共識演算法則適用於特定的應用場景。
三、共識機制的詳細介紹
1. PoW（Proof of Work）工作量證明機制
- 基本介紹：網路上的每個節點使用SHA256哈希函數運算不斷變化的區塊頭的哈希值，直到達到目標值。
- 應用實例：比特幣、萊特幣、以太坊（前三個階段）
- 優點：完全去中心化
- 缺點：資源浪費，共識效率低
2. PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制
- 基本介紹：要求證明貨幣數量的所有飢運權，相信擁有貨幣數量多的人攻擊網路的可能性低。
- 應用實例：點點幣、未來幣
- 優點：節省能源，提高效率
- 缺點：挖礦成本接近於0，可能遭受攻擊
3. DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制
- 基本介紹：通過選舉產生代表進行區塊的生成和驗證。
- 應用實例：比特股
- 優點：大幅減少參與驗證和記賬的節點數量，提高交易效率
- 缺點：投票積極性不高，依賴於代幣
4. PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法
- 基本介紹：通過三個階段的信息交互和局部共識達成最終的一致輸出。
- 應用實沖肢伏例：Hyperledger Fabric v0.6
- 優點：嚴格的數學證明，保證一致性輸出
- 缺點：中心化程度較高
5. DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法
- 基本介紹：基於PBFT，存在專業記賬的「超級節點」和不參與記賬的普通用戶。
- 應用實例：NEO
- 優點：保護系統不受無法行使職能的領袖影響
- 缺點：中心化程度較高
6. SCP (Stellar Consensus Protocol) 恆星共識協議
- 基本介紹：基於聯邦拜占庭協議，能夠去中心化的同時，又可以做到拜占庭容錯。
- 應用實例：Stellar
- 優點：去中心化，拜占庭容錯
- 缺點：具體應用場景有限
7. RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法
- 基本介紹：基於互聯網的開源支付協議，共識達成發生在驗證節點之間。
- 應用實例：Ripple
- 優點：高效，快速確認交易
- 缺點：只適合聯盟鏈或私有鏈
8. Pool驗證池共識機制
- 基本介紹：基於傳統的分布式一致性演算法（Paxos和Raft）開發，輔之以數據驗證的機制。
- 應用實例：具體應用場景有限
- 優點：高效，容錯性強
- 缺點：具體應用場景有限
總結
區塊鏈共識機制的目標是保證分布式系統里所有節點中的數據完全相同，並能夠對某個提案達成一致。不同的共識機制適用於不同的環境和問題，每種機制都有其特定的優缺點。選擇合適的共識機制需要根據具體的應用場景和需求來決定。