区块链行业技术引卷之三：主流区块链共识机制的简介与比较

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1、目录1记账权的竞争——ProofofX类共识机制41.1ProofofWork工作量证明41.2ProofofStake权益证明51.2.1Peercoin——PoS共识的先驱者61.2.2Nextcoin——“未来已经注定”61.2.3传统PoS的安全性与缺陷71.3PoS的改进共识机制81.3.1PoA（ProofofActivity）活跃证明81.3.2Casper——下一代ETH投注共识91.3.3Ouroboros——首个可证安全的PoS共识算法91.3.4PoSV（ProofofStakeVelocity）权益流通证明101.4其他Proofo

2、fX类共识101.4.1ProofofAuthority101.4.2ProofofBelievability101.4.3IPFS与时空证明101.4.4ProofofBurn111.5将“浪费”的算力用于有意义的计算112直接形成共识——BFT类共识机制112.1pBFT——实用拜占庭容错112.2基于联邦拜占庭协议的共识机制123通过选举间接形成共识——Delegated共识机制133.1DPoS（DelegatedPoS）133.2DPoS-BFT144不再是区块“链”——DAG类共识机制144.1使用DAG作为记录账本的数据结构145几类共识机制

3、的对比165.1共识机制分类标准165.2BFT类共识与ProofofX类共识的比较175.3PoW和PoS的比较17图表目录图表1：发生链分叉时PoS节点的决策8图表2：发生链分叉时PoW矿工的决策8图表3：pBFT的“三阶段协议”12图表4：Tangle结构示意15图表5：向Tangle中添加新交易15图表6：Tangle共识中交易的确认等级15图表7：主流共识机制总结16在上一篇专题中，我们以BTC为例分析了ProofofWork（PoW，工作量证明）共识机制。中本聪在BTC白皮书：《一种点对点的电子现金系统》中提出了一种能够应用到区块链中的PoW共

4、识机制，其核心思想是通过要求网络中的节点付出一定量的算力竞争记录区块的权利（即记账权），来保证共识的一致性。我们回顾一下上篇专题提出的“共识机制关键要素”，并将PoW共识机制的特点总结如下：1.容错：PoW能够容忍拜占庭节点，并且容错能力为1/2；2.CAP：PoW可以满足CAP，但网络效率较低；3.哪些节点可以参与共识过程：网络中的全部节点；4.节点如何获得记账权：通过解决Hash谜题；5.需要形成共识的内容：若干交易打包的区块；6.形成共识的依据：区块内的交易是否合法，以及当前链是否为最长链；7.激励措施：记账节点可以获得区块奖励；8.惩罚措施：没有对

5、恶意节点直接的惩罚机制（但有挖矿的沉没成本）；4和6分别代表了工作量证明的两个特点：一是工作量（Work），由于节点需要不断改变区块头中的nonce值使区块Hash满足一定的条件，找到合法区块的节点必然需要付出相应的工作量，即为Work；二是证明（Proof），其他节点可以迅速地验证区块的合法性，即能够对节点的工作量进行检验，即为Proof。随着数字通证逐步被更多的人所认知，人们也对其采用的底层区块链技术的共识机制进行不断改进。其中有一类称为ProofofX。与PoW类似，这类共识机制主要针对PoW的节点竞争记账权的方式作出改进或替代方案。1记账权的竞争—

6、—ProofofX类共识机制BTC的初衷是建设一个开放的公有区块链基础设施，网络中的节点可以自由地加入以及退出，能够平等地竞争记账权。在这一类共识机制下，节点获得记账权的概率与该节点拥有某种资源的比例相关，并且这种资源是难以垄断的。此外还需要一个能够快速验证某个节点确实拥有这部分资源的算法。在PoW共识机制中，这种资源是所谓的“算力”，即一定量的CPU或GPU计算时间，验证节点算力则是利用了Hash函数易于计算、内容隐秘的特性。在PoS（ProofofStake）共识中，资源是所谓的“权益”，节点按照其持有的某种权益数量的比例分配记账权。此外还有PoSpa

7、ce（ProofofSpace）类共识，资源是节点提供的一定量磁盘或者内存空间；ProofofBandwith，资源是节点提供的网络带宽；ProofofOwnership，资源是节点所持有的特定数据。1.1ProofofWork工作量证明我们将PoW的哈希解谜过程表示为节点不断改变区块头部的nonce使区块Hash满足目标条件Target的过程，可以由以下的公式描述：H(?????+?????)

8、们把x的取值范围称为节点的搜索空间。PoW机制中节点的搜索空间是所