一文带你了解区块链中15种共识算法

所有主要的区块链共识算法解释

区块链共识算法

共识算法是一组规则或协议，使区块链网络中的节点能够就网络的共享状态达成一致。它们用于确保网络中的所有节点就交易的有效性以及将它们添加到区块链的顺序达成共识。

出于多种原因，共识算法在区块链技术中至关重要。

它们通过确保所有节点就交易有效性达成共识来帮助实现去中心化，从而防止中心化。
共识算法通过使所有交易在区块链上可见来提高透明度，从而便于跟踪和防止欺诈活动。
它们通过允许节点快速就交易有效性达成一致并及时向区块链添加新块来提高效率'

区块链中共识算法的类型

1. 工作量证明（PoW）

工作量证明是许多区块链网络中使用的一种共识算法，用于验证交易并将新区块添加到链中。PoW 最初由比特币的创造者中本聪引入，作为保护网络和防止双重支出的一种方式。

该算法的安全性来自于难以解决哈希问题，这意味着攻击者试图接管网络的代价是昂贵的。攻击者需要控制网络计算能力的很大一部分，即哈希率，才能发起攻击。这被称为 51% 攻击，并且很难实现，因为它需要大量资源

2.权益证明（PoS）

股权证明是区块链网络中用于验证交易并向链中添加新区块的共识算法。与需要矿工解决复杂数学问题的工作证明 (PoW 不同，PoS 依赖持有一定数量加密货币的验证者来验证交易并向链中添加新块。

PoS 与 PoW

PoS 相对于 PoW 的好处之一是它的能源密集度较低。PoW 需要矿工使用大量的计算能力来解决复杂的数学问题，而 PoS 只需要验证者持有加密货币。这使得 PoS 更加环保且运营成本更低。

权益证明的好处

在 PoS 网络中，拥有最大股份的验证者拥有更多控制权，但单个验证者或验证者组很难获得对网络的控制权，因为他们需要控制大量的加密货币。

PoS 的缺点

然而，一些 PoS 网络已经实现了解决这个问题的机制，例如随机选择验证者或限制单个验证者可以持有的加密货币数量。

3.委托权益证明（DPoS）

在 DPoS 网络中，代币持有者投票选出在验证过程中代表他们的代表。代表负责验证交易并将新区块添加到链中。代表们被激励诚实地行事，因为如果他们验证欺诈交易或试图攻击网络，他们将面临失去职位和奖励的风险。

DPoS 与 PoS

DPoS 的好处

DPoS 的另一个好处是它促进去中心化，同时仍然提供快速的交易处理时间。在 PoS 网络中，拥有最大股份的验证者对网络拥有更多控制权，这可能导致中心化。

DPoS 的缺点

DPoS 的一个潜在缺点是它可能导致权力集中在一小部分代表手中。如果一小群代表控制了大量的投票权，他们可能会合谋操纵网络。

4. 租赁权益证明（LPoS）

租赁权益证明是一些区块链网络中使用的共识算法，用于验证交易并向链中添加新区块。LPoS 是权益证明 (PoS 的一种变体，它允许较小的代币持有者通过将其代币出租给较大的验证者来参与验证过程。

LPoS 的好处

LPoS 的另一个好处是它可以潜在地提高网络的安全性。通过允许更多代币持有者参与验证过程，LPoS 可以使单个验证者或验证者组更难以获得网络控制权和操纵交易。

LPoS 的缺点

5.权威证明（PoA）

权威证明是一些区块链网络中使用的共识算法，用于验证交易并向链中添加新块。与工作量证明 (PoW 和权益证明 (PoS 等其他共识算法不同，PoA 依赖于一组受信任的验证器，而不是分散的节点网络。

PoA 的好处

PoA 的另一个好处是它可以更适合私有或企业区块链网络。在这些网络中，拥有一个去中心化的节点网络来验证交易可能是不可行或不可取的。PoA 允许采用更加受控和集中的验证方法，这在这些情况下可能更合适。

PoA的缺点

6.拜占庭容错（BFT）

拜占庭容错是计算机科学中的一个概念，指的是即使系统的某些组件出现故障或出现恶意行为，系统仍能正确运行并达成共识的能力。在区块链技术背景下，拜占庭容错是一种共识算法，即使在面临恶意攻击或系统故障的情况下，也能使分布式网络中的节点就交易的有效性达成一致，并保持区块链的完整性。

拜占庭将军问题”，这是一种理论场景，在这种情况下，一群将军必须协调对一座城市的攻击，但有些将军是叛徒，可能会向其他人发送虚假信息。在区块链网络中，拜占庭将军问题可以表现为网络上的节点恶意行为或无法正确通信。

BFT 与 PoW 和 PoS

BFT 与其他共识算法（例如工作量证明或股权证明）不同，因为它不需要大量的计算能力或股权来参与验证过程。相反，它依赖于一小部分节点就交易的有效性达成一致，这使得它比其他共识算法更高效、更快速。

BFT 的缺点

7.实用拜占庭容错（PBFT）

这是一种共识算法，它扩展了拜占庭容错 (BFT 算法，以在分布式系统中提供高级别的容错能力。PBFT 通常用于企业区块链网络和其他需要高度共识的分布式系统。

PBFT 算法需要一定数量的节点对一笔交易的有效性达成共识，然后才能将其添加到区块链中。

f = (n-1/3，其中 f 是系统可以容忍的最大故障节点数，n 是网络中的节点总数。

PBFT 的好处

PBFT 的好处之一是它可以实现高吞吐量和低延迟，即使在具有大量节点的网络中也是如此。PBFT 还以其高级别的安全性而闻名，因为它可以在不损害区块链完整性的情况下容忍多达 f 个故障节点。

PBFT 的缺点

8.委托拜占庭容错（dBFT）

现在，这种共识算法结合了拜占庭容错（BFT）和委托权益证明（DPoS）算法的优点。dBFT 通常用于需要高水平共识和吞吐量的区块链网络。

dBFT 基于循环系统，验证者轮流验证交易。验证者是根据他们在网络中的声誉和权益来选择的。验证者被激励诚实行事，因为任何恶意行为都可能导致声誉和权益的损失。

dBFT 的好处

dBFT 的缺点

然而，dBFT 确实有一些限制。它需要对所选验证器的高度信任，如果大量验证器由单个实体控制，这可能会导致潜在的漏洞。dBFT 也不适合所有类型的区块链网络，因为对于某些用例可能没有必要达成如此高水平的共识。

9.有向无环图（DAG）

DAG 是由顶点和边组成的图，其中每个顶点代表一个交易，每条边代表交易之间的关系。在 DAG 中，交易不像传统区块链那样以线性链组织，而是以更复杂的结构组织，其中每个交易都链接到多个其他交易。

DAG 的好处

DAG 的另一个优势是它们能够处理网络中的分叉。在传统的区块链中，当同时创建两个区块时，只有其中一个可以被接受到链中。这可能会导致之前被认为有效的区块突然被拒绝，从而导致链中出现分叉。

例子

基于 DAG 的系统的一个例子是IOTA，这是一种为物联网 (IoT 设备设计的分布式账本技术。在 IOTA 中，交易被表示为 DAG 中的节点，每个交易都必须确认之前的两个交易才能被验证。这创建了一个更高效和可扩展的系统，因为可以同时处理多个事务。

DAG 的缺点

10.容量证明（PoC）

容量证明是一些区块链网络中使用的共识机制，用于验证交易并维护区块链的完整性。PoC 类似于工作证明 (PoW，因为它要求参与者解决计算难题以向区块链添加新块，但它的不同之处在于它如何利用计算机存储而不是计算能力。

PoC 的缺点

然而，PoC 的一个缺点是它可能容易受到某些类型的攻击，例如预计算和 Sybil 攻击。在预计算攻击中，攻击者可以预计算大量图，然后使用它们快速解决计算难题并将新块添加到区块链中，从而使他们相对于其他参与者具有不公平的优势。

为了减轻这些风险，一些 PoC 系统采用了额外的安全措施，例如要求参与者通过执行质询-响应协议来证明他们不是 Sybil 攻击者。

11. 燃烧证明 (PoB

要参与 PoB 系统，用户必须将一定数量的加密货币发送到一个地址，该地址将被永久销毁。这种销毁加密货币的行为被称为销毁。一旦加密货币被销毁，用户就有权向区块链添加新区块并因此获得奖励。

PoB 的好处

PoB 的一个潜在好处是它可以帮助减少加密货币生态系统中的通货膨胀。由于代币被销毁而不是被创造，代币的整体供应量减少，这有助于稳定加密货币的价值。

PoB的缺点

12. 身份证明 (PoI

它是一种共识机制，用于验证网络参与者的身份。它是一种共识机制，旨在促进区块链交易中的信任、安全和真实性。

例如，一些 PoI 网络可能要求参与者对提议的交易进行投票，而其他网络可能允许参与者自己提议交易。

身份证明的好处

身份证明的缺点

然而，PoI 也有一些缺点。一是很难在匿名和隐私与身份验证之间取得平衡。一些参与者可能不想透露他们的身份以维护他们的隐私，而其他人可能无法访问必要的身份验证工具。

13. 活动证明（PoA）

它是一种混合共识机制，结合了工作量证明（PoW）和权益证明（PoS），以实现更安全和高效的区块链网络。PoA 的开发是为了替代传统的 PoW 和 PoS 机制，这些机制因高能耗和中心化风险而受到批评。

活动证明的好处

PoA 的主要好处之一是它比 PoW 消耗更少的能源，因为它不需要矿工不断地解决复杂的数学问题。此外，PoA 的 PoS 元素有助于防止中心化，因为它鼓励更多参与者持有网络中的股份并减少大型矿池支配网络的动机。

活动证明的缺点

14. 经过时间证明（PoET）

它是英特尔开发的用于许可区块链网络的共识算法。PoET 旨在成为比特币等公共区块链中使用的传统工作量证明 (PoW 算法的一种更节能、更安全的替代方案。

PoET 的好处

PoET 的主要好处之一是它比 PoW 消耗的能源少得多，因为它不需要参与者持续执行复杂的计算。这使得它更适合在参与者已知且受信任的许可区块链网络中使用。

PoET 的缺点

然而，PoET 的一个潜在缺点是它需要使用英特尔的硬件，这在某些情况下可能会限制其采用。此外，由于 PoET 是为在许可网络中使用而设计的，它可能不适合任何人都可以参与的公共区块链。

15. 重要性证明

在重要性证明中，节点的重要性由两个因素决定：其原生加密货币 ( XEM 的余额及其在网络中的整体参与度。一个节点持有的 XEM 越多，他们进行的交易越多，其重要性得分就越高。然后使用该分数来确定哪些节点有权创建新块和验证交易。

重要性证明的好处

PoI 的另一个好处是它被设计成比其他一些区块链网络中使用的传统工作量证明 (PoW 算法更节能。由于 PoI 不需要节点执行复杂的计算，因此它使用的能量和计算资源更少。

重要性证明的缺点

结论

总之，选择正确的共识算法是设计区块链网络时的关键决策。每种共识算法都有自己的优点和缺点，选择错误的算法会对网络的安全性、去中心化和性能造成严重后果。

最终，正确的共识算法选择可以决定区块链应用的成功与否，因此明智地选择至关重要。随着区块链技术的不断发展和新的共识算法的出现，必须保持最新状态并了解最新信息，以便为每个独特的区块链应用程序做出最佳决策。

https://github.com/Manuel-yang/BlockChainSelfLearning

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