pos系統(tǒng)中采用的是什么的共識(shí)機(jī)制

1、什么是pos算法和pos機(jī)制

pos是公鏈中的共識(shí)算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當(dāng)前以太坊和許多區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制，但是pow算法在挖礦過(guò)程中，因?yàn)槠茐沫h(huán)境和浪費(fèi)電而受到指責(zé)，pos試圖通過(guò)一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問(wèn)題。

ps機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴(lài)于計(jì)算硬件的稀缺性，來(lái)防止女巫攻擊。在pow中，一個(gè)用戶(hù)有可能用一千美元來(lái)買(mǎi)計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來(lái)挖礦，產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在pos中，用戶(hù)可以拿到一千美元，買(mǎi)到等值的代幣，把這些代幣當(dāng)做押金放在pos機(jī)制之中，只要用戶(hù)就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生，這樣用戶(hù)可以得到獎(jiǎng)勵(lì)。

pos算法如下，存在一個(gè)持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機(jī)制中，這樣他們就變成驗(yàn)證者。

2、科普Pos共識(shí)機(jī)制

 

今天給大家科普下夸克區(qū)塊鏈中的POS共識(shí)機(jī)制到底是什么？PoS共識(shí)機(jī)制，中文翻譯就是權(quán)益證明。與它其名的還有另一種共識(shí)機(jī)制:pow機(jī)制。

經(jīng)過(guò)歷史發(fā)展的證明，PoW機(jī)制存在一些缺陷，如在挖掘過(guò)程中浪費(fèi)大量的資源，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的處理效率很低等。早在2011年，就有人曾提出：“是否可以在 PoW的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)一種機(jī)制？”可以保留 PoW的優(yōu)點(diǎn)，也可以解決它的問(wèn)題"。因此 PoS的共識(shí)機(jī)制就誕生了，因此， PoS機(jī)制在共識(shí)層次上借鑒了許多 PoW機(jī)制的設(shè)計(jì)，比如區(qū)塊設(shè)計(jì)、礦工選擇、分叉處理、交易驗(yàn)證等。

PoS機(jī)制采用權(quán)益法核算，解決了網(wǎng)絡(luò)效率低下、資源浪費(fèi)以及節(jié)點(diǎn)間一致性等問(wèn)題，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是誰(shuí)擁有更多的權(quán)益誰(shuí)來(lái)說(shuō)話(huà)。其原則如下：

說(shuō)到PoW機(jī)制為何存在諸多問(wèn)題，最大的原因在于其規(guī)則下造成礦工準(zhǔn)入門(mén)檻低，每個(gè)人都可以成為一個(gè)出塊節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以為獲得下個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)數(shù)據(jù)包要有那么多人來(lái)處理，必然會(huì)造成資源的浪費(fèi)和低效。

而PoS機(jī)制就可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，這是因?yàn)樵赑OS機(jī)制的規(guī)則下，提高了每個(gè)人成為節(jié)點(diǎn)的門(mén)檻，比如：雖然每個(gè)人都可以成為節(jié)點(diǎn)，但如果想成為出塊節(jié)點(diǎn)獲得記賬權(quán)，就必須滿(mǎn)足pos機(jī)制的一些規(guī)則，如質(zhì)押一定數(shù)量的代幣，或者持有一定數(shù)量的代幣，才可以成為出塊節(jié)點(diǎn)的候選人。

在滿(mǎn)足這些條件之后，系統(tǒng)進(jìn)行算法選擇，選中其中一部分人成為有效的礦工，然后每隔一個(gè)周期，進(jìn)行重新分配，并且這個(gè)過(guò)程不受人為控制，一切由系統(tǒng)算法決定，保證公平公開(kāi)不被篡改，這樣就可以避免了整個(gè)鏈被某個(gè)節(jié)點(diǎn)控制。

總結(jié)一句話(huà)就是PoW機(jī)制是每個(gè)人都可以成為礦工，而 PoS機(jī)制必須通過(guò)一系列的篩選后成為礦工。

poS機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)原則在于，誰(shuí)擁有更多的代幣，誰(shuí)就能更容易的獲得記賬權(quán)。獲得記賬權(quán)的礦工將他打包好的區(qū)塊經(jīng)過(guò)其他礦工驗(yàn)證，通過(guò)全網(wǎng)廣播，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，這個(gè)區(qū)塊才會(huì)被連接到鏈上，與全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)的小賬本同步，同時(shí)他還能得到相應(yīng)的代幣獎(jiǎng)勵(lì)。

簡(jiǎn)言之，整個(gè)過(guò)程就是：持幣者以代幣作抵押，得到記賬權(quán)力，然后PoS共識(shí)會(huì)通過(guò)選擇算法，按持幣者的數(shù)量，從中選出出塊礦工。采礦者在指定的高度上完成打包交易，生成新的區(qū)塊，并廣播它，然后由驗(yàn)證者對(duì)所廣播的區(qū)塊進(jìn)行交易驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證后，區(qū)塊得到確認(rèn)。這就是 PoS共識(shí)機(jī)制完整的一輪過(guò)程。

PoS機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決 PoW協(xié)議中存在的資源浪費(fèi)和低效問(wèn)題。但它也還是存在一些缺點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)， PoS機(jī)制中的初始代幣分配是非常模糊的，如果初始代幣分配失敗，將很難形成后續(xù)的股權(quán)證明。比如，在系統(tǒng)進(jìn)行算法選擇時(shí)如果被黑客攻擊，如果成功，選舉結(jié)果就可能被操作。除開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，pos機(jī)制還存在一個(gè)問(wèn)題就是，可能會(huì)造成兩極分化嚴(yán)重，持有代幣多的人會(huì)更多的獲得記賬權(quán)，繼而獲得代幣獎(jiǎng)勵(lì)，擁有代幣少的人，很難去爭(zhēng)奪記賬權(quán)，造成強(qiáng)者恒強(qiáng)的局面。

總的來(lái)說(shuō)，PoW機(jī)制和 PoS機(jī)制都是區(qū)塊鏈上引用的主流機(jī)制，它們會(huì)攜手帶領(lǐng)區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，雖然兩者存在自身的一定局限性，但未來(lái)某一天，這些技術(shù)在不斷變革創(chuàng)新的同時(shí)，必定鑄造區(qū)塊鏈行業(yè)的輝煌。

3、區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制?

PoW：工作量證明 (Proof of Work，簡(jiǎn)稱(chēng) PoW ) ，簡(jiǎn)單的解釋就是一份證明，用來(lái)確認(rèn)你做過(guò)一定量的工作。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)工作的整個(gè)過(guò)程通常是極為低效的，而通過(guò)對(duì)工作的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證來(lái)證明完成了相應(yīng)的工作量，則是一種非常高效的方式。比如現(xiàn)實(shí)生活中的畢業(yè)證、駕駛證等等，都是通過(guò)檢驗(yàn)結(jié)果的方式所取得的證明。這就是說(shuō)，你獲得多少幣，取決于你對(duì)挖礦貢獻(xiàn)的有效工作。簡(jiǎn)單的理解，你電腦性能越好，你獲得的收益就會(huì)越多，這就是根據(jù)你的工作量來(lái)執(zhí)行幣的分配。大部分的數(shù)字貨幣，比如比特幣、萊特幣等等，都是基于 PoW 模式的虛擬貨幣(算力越高、挖礦時(shí)間越長(zhǎng)，你獲得的幣就越多)。
PoS：PoS 是一種在公鏈中的共識(shí)算法，可作為 PoW 算法的一種替換。PoW是保證比特幣、當(dāng)前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制，但是 PoW 算法在挖礦過(guò)程中因破壞環(huán)境和浪費(fèi)電力而受到指責(zé)。PoS 試圖通過(guò)以一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問(wèn)題。
PoS 機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦。PoS 主要依賴(lài)于區(qū)塊鏈自身里的代幣。在PoW 中，一個(gè)用戶(hù)可能拿 1000 美元來(lái)買(mǎi)計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來(lái)挖礦產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。而在 PoS 中，用戶(hù)可以拿 1000 美元購(gòu)買(mǎi)等價(jià)值的代幣，把這些代幣當(dāng)作押金放入 PoS 機(jī)制中，這樣用戶(hù)就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生新塊而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在 PoW 中，如果用戶(hù)花費(fèi) 2000 美元購(gòu)買(mǎi)硬件設(shè)備，當(dāng)然會(huì)獲得兩倍算力來(lái)挖礦，從而獲得兩倍獎(jiǎng)勵(lì)。同樣，在 PoS 機(jī)制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機(jī)會(huì)獲得產(chǎn)生新區(qū)塊的權(quán)利。

4、PoT基于信任的共識(shí)機(jī)制方案

姓名：胡娟

學(xué)號(hào)：20021110092

轉(zhuǎn)自：https://mp.weixin.qq.com/s/lA4qc1iA44HH5biH7TrFvg

【嵌牛導(dǎo)讀】區(qū)塊鏈的核心是無(wú)信任的領(lǐng)導(dǎo)選舉機(jī)制，在無(wú)需第三方或可信方的監(jiān)督下，實(shí)現(xiàn)了匿名節(jié)點(diǎn)之間共識(shí)的達(dá)成。目前工作量證明(PoW)和權(quán)益證明(PoS)是集中討論的兩種共識(shí)機(jī)制。PoW依賴(lài)于計(jì)算能力的證明，伴隨著巨大的資源浪費(fèi)。PoS通過(guò)依賴(lài)系統(tǒng)中擁有的加密貨幣的數(shù)量來(lái)解決問(wèn)題。無(wú)論哪種方式，都受區(qū)塊鏈系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的限制，這迫使那些不含加密貨幣的區(qū)塊鏈應(yīng)用程序只能求助于“許可”的設(shè)置，有效地使系統(tǒng)集中化。然而，對(duì)于無(wú)加密貨幣的非許可鏈能夠?yàn)楸姸嘈屡d應(yīng)用領(lǐng)域（如教育、醫(yī)療）提供安全的、自治的P2P結(jié)構(gòu)服務(wù)，在這些領(lǐng)域中，對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間存在一定的信任基礎(chǔ)。這為評(píng)估對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間的信任并將其作為達(dá)成共識(shí)的基礎(chǔ)創(chuàng)造了可能性。

【嵌牛鼻子】PoT，PoW，PoS

【嵌牛正文】

PoW 是十分昂貴的

他是一種“難度值”控制資源消耗的機(jī)制。難度值是隨系統(tǒng)計(jì)算能力來(lái)調(diào)整級(jí)別的，隨著節(jié)點(diǎn)和事務(wù)的增加，難度值不可避免的增加。除了高昂的成本外，還容易受到中心化陷阱的影響，即一小部分算力強(qiáng)大/有錢(qián)的節(jié)點(diǎn)最終控制了整個(gè)系統(tǒng)。例如比特幣上的采礦池現(xiàn)象和壟斷了系統(tǒng)的巨型挖礦數(shù)據(jù)中心。

當(dāng)前，相比PoW在能耗上有更優(yōu)表現(xiàn)的替代方案被人們持續(xù)關(guān)注，然而大多數(shù)建議的替代方案要么依賴(lài)于特殊物理硬件的所有權(quán)，要么權(quán)衡系統(tǒng)的去中心化采用許可鏈的方案，后者是使用拜占庭協(xié)議（PBFT）的變體。PoW目前合理的替代方案是PoS（Proof-of-Stake），PoS中區(qū)塊領(lǐng)導(dǎo)者是根據(jù)其在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中持有的資產(chǎn)數(shù)量來(lái)被選擇的。該方法背后的博弈論前提是，對(duì)擁有加密貨幣的節(jié)點(diǎn)，持有最大份額的節(jié)點(diǎn)有興趣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)，來(lái)保持他的可信度和價(jià)值，從而激勵(lì)他們按照協(xié)議行事。與PoW相比，PoS承諾提供更加明晰和便宜的共識(shí)機(jī)制，但他需要將區(qū)塊鏈系統(tǒng)與加密貨幣捆綁在一起。并造成了“你擁有越多你控制的越多”或“你擁有的越多，你越合理?yè)碛蓄I(lǐng)導(dǎo)權(quán)”這樣富人越來(lái)越富的心態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步向中心化轉(zhuǎn)變。

使用信任去修補(bǔ)區(qū)塊鏈

 信任證明PoT，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)更多可信的對(duì)等點(diǎn)時(shí)，目標(biāo)是最小化在PoW上花費(fèi)的能量。也就是說(shuō)，安裝“您越受信任，您需要執(zhí)行的工作就越少”的概念。“我們假設(shè)在應(yīng)用場(chǎng)景中，區(qū)塊鏈旨在在協(xié)作以實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)的對(duì)等體之間提供去中心化的服務(wù)，并且可以在各方之間表達(dá)信任，例如在健康或教育領(lǐng)域。這與當(dāng)前以自我為中心的金融區(qū)塊鏈形成了鮮明的對(duì)比，在當(dāng)前的金融區(qū)塊鏈中，被選為區(qū)塊領(lǐng)導(dǎo)者的唯一興趣和博弈論動(dòng)機(jī)是賺取加密貨幣。

 在PoT結(jié)構(gòu)中，參與系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都單獨(dú)地表示對(duì)他認(rèn)為可信任的其他節(jié)點(diǎn)的信任情況。這種信任不斷地被廣播，促使信任網(wǎng)絡(luò)以去中心化的方式興起，并存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中，為所有的參與者提供了一致性、防篡改的記錄（view）。PoT機(jī)制在仍然使用PoW的同時(shí)，保證只有一小部分參與其中，從而大大降低了功耗成本。

協(xié)議描述和問(wèn)題定義

PoT 描述的參與者的信任值是以去中心化的方式計(jì)算和協(xié)商的，這些信任值將表示為節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中所持有的權(quán)重（stake），作為共識(shí)機(jī)制的基礎(chǔ)。PoT的設(shè)計(jì)主要考慮了可驗(yàn)證性和獨(dú)立性：

可驗(yàn)證性：一旦一個(gè)節(jié)點(diǎn)證明其有資格成為下一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者，所有的節(jié)點(diǎn)都可以驗(yàn)證這一聲明。

獨(dú)立性： 獨(dú)立性聲明領(lǐng)導(dǎo)者的被選舉權(quán)與區(qū)塊鏈有效性，可由任何節(jié)點(diǎn)使用公開(kāi)可用的信息，無(wú)需他人協(xié)作的情況下進(jìn)行驗(yàn)證。

為了實(shí)現(xiàn)以上的目標(biāo)，需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題：

1)定義一個(gè)去中心化的信任管理機(jī)制；

2)定義一個(gè)使用信任網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)協(xié)議。

1.去中心化信任管理（Decentralized trust management）

信任建立基于信任模型，這類(lèi)工作在很多文獻(xiàn)中已有。對(duì)于基于社區(qū)的信任，起始點(diǎn)通常是一個(gè)給定的信任網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)中誰(shuí)信任誰(shuí)，它通常被建模為一個(gè)有向圖，其中節(jié)點(diǎn)表示對(duì)等點(diǎn)（peer），邊表示它們之間的信任關(guān)系。一個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中傳入的鏈接越多，它就越可信。信任網(wǎng)絡(luò)可以以多種形式出現(xiàn)，例如：

1)從社交網(wǎng)絡(luò)中提取；

2)從底層系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)之間的交互推斷而來(lái)；

3)被節(jié)點(diǎn)明確聲明他們信任誰(shuí)。

在公開(kāi)鏈模型中，唯一可行的選擇要么是跟蹤區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)之間交互的記錄，要么設(shè)立一個(gè)信任網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)在沒(méi)餓過(guò)時(shí)期單獨(dú)地聲稱(chēng)他信任誰(shuí)。前一種選擇要求管理區(qū)塊鏈系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)也是產(chǎn)生和記錄事務(wù)的節(jié)點(diǎn)。

文章選擇了后一種方案，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播信任關(guān)系宣布他們的信任節(jié)點(diǎn)，并由所有其他節(jié)點(diǎn)獨(dú)立收集信息，形成信任網(wǎng)絡(luò)。區(qū)塊鏈區(qū)塊大小的限制，使得PoT中區(qū)塊鏈僅記錄信任網(wǎng)絡(luò)的哈希值。每個(gè)時(shí)期，當(dāng)前的區(qū)塊領(lǐng)導(dǎo)者是根據(jù)前一個(gè)階段中達(dá)成一致的信任網(wǎng)絡(luò)情況來(lái)選出來(lái)的。

2.基于信任的動(dòng)態(tài)共識(shí)機(jī)制（Dynamics of a trust based consensus）

PoW盡管對(duì)能源的消耗十分巨大，但是在完全去中心化的系統(tǒng)中，PoW保持了良好的安全性和可操作性。更重要的是，提供了具有“保證時(shí)間窗口”的時(shí)鐘功能，實(shí)現(xiàn)了新的塊只有在前一個(gè)塊出現(xiàn)后才能出現(xiàn)，允許分布式系統(tǒng)在不需要全局同步的情況下有效地工作。因此文章沒(méi)有完全放棄PoW，而是信任等級(jí)越高的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行PoW時(shí)的難度值越低，信任等級(jí)越低則難度值越高。這將抑制不太受信任的節(jié)點(diǎn)加入PoW，使活躍的挖礦池被限制到更小的子集中。其中存在的風(fēng)險(xiǎn)是：1）可能會(huì)導(dǎo)致較小的信任子集中出現(xiàn)集中化的問(wèn)題；2）難度值小的節(jié)點(diǎn)可能造成Sybil攻擊。因此，PoT采用了以下的策略：

1）領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)信任衰竭策略

節(jié)點(diǎn)根據(jù)他們獲得的信任程度被分配到不同的小組。其成員根據(jù)可信等級(jí)對(duì)應(yīng)的難度值進(jìn)行挖礦，具有最高信任級(jí)別小組成員更有可能在區(qū)塊鏈中挖到礦，這埋下了信任網(wǎng)絡(luò)中頂層節(jié)點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)的隱患，造成“富人更富”的現(xiàn)象，同時(shí)其他的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有了升級(jí)的空間。衰竭策略會(huì)確保任何競(jìng)爭(zhēng)到挖礦權(quán)的節(jié)點(diǎn)退回到低信任分區(qū)中。

2）新的信任關(guān)系采用阻尼策略

Sybil節(jié)點(diǎn)不能突然獲得系統(tǒng)中的高信任等級(jí)，應(yīng)當(dāng)給誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)有足夠的機(jī)會(huì)觀察和控制惡意節(jié)點(diǎn)。在PoT中，引入了一種控制機(jī)制，通過(guò)對(duì)新的信任鏈路采用一種阻尼策略來(lái)控制新節(jié)點(diǎn)信任度量的過(guò)程，節(jié)點(diǎn)的信任等級(jí)與他們所保持存活的時(shí)間長(zhǎng)短成正比增長(zhǎng)。

PoT結(jié)構(gòu)建立在兩個(gè)主要機(jī)制上：

1) 衰退的信任機(jī)制，阻止區(qū)塊領(lǐng)導(dǎo)者潛在的惡意行為，防止網(wǎng)絡(luò)被一個(gè)小的頂層受信組織控制；

2) 網(wǎng)絡(luò)信任機(jī)制演變的控制機(jī)制，阻止惡意節(jié)點(diǎn)信任等級(jí)的升級(jí)的速度，給予其他節(jié)點(diǎn)充分的時(shí)間去檢測(cè)這樣的行為。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)首先經(jīng)歷一個(gè)自力更生的階段，通過(guò)對(duì)幾個(gè)塊僅實(shí)施純PoW共識(shí)。在每

個(gè)新的區(qū)塊中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)（礦工）單獨(dú)廣播自己發(fā)出的信任關(guān)系。新節(jié)點(diǎn)加入產(chǎn)生新的信任關(guān)系，這種關(guān)系服從一種阻尼策略，將他們?cè)谙到y(tǒng)中存活時(shí)間作為權(quán)重給他們分配。阻尼策略使得新節(jié)點(diǎn)使用新的信任關(guān)系來(lái)增強(qiáng)它們的信任級(jí)別變得更慢。自力更生階段在協(xié)議定義的預(yù)設(shè)好的塊數(shù)后結(jié)束。共識(shí)從此由PoW轉(zhuǎn)變?yōu)镻oT。

每個(gè)信任分區(qū)的節(jié)點(diǎn)都會(huì)遵循對(duì)應(yīng)的PoW的困難系數(shù)來(lái)挖礦，當(dāng)使用對(duì)應(yīng)困難值找到PoW的解決答案時(shí)，節(jié)點(diǎn)宣布他的塊，其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證并接受該塊作為共識(shí)的一部分。如果同時(shí)有多個(gè)有效的塊被廣播，則規(guī)則是選擇信任等級(jí)最高的發(fā)布的塊。一旦一個(gè)塊被附加到區(qū)塊鏈中，那么塊所有權(quán)所屬的節(jié)點(diǎn)相對(duì)于初始信任值會(huì)呈指數(shù)衰減。

1. 信任網(wǎng)絡(luò)（The trust network）

信任網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)主動(dòng)聲明信任連接所組成的。每個(gè)周期，信任網(wǎng)絡(luò)都表示為一個(gè)加權(quán)圖，節(jié)點(diǎn)是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，邊上的權(quán)值代表節(jié)點(diǎn)的存活時(shí)長(zhǎng)。周期t所在的信任網(wǎng)絡(luò)為： ，其中

  ：節(jié)點(diǎn)的集合，SKi和VKi是節(jié)點(diǎn)的密鑰對(duì)；

  ：關(guān)系邊的集合，由節(jié)點(diǎn)vi來(lái)聲明和簽名的；

：函數(shù)，為每一條邊計(jì)算權(quán)重值

2. 區(qū)塊鏈部分（The Blockchain）

   定義1: 密碼散列函數(shù) , 有效的PoW區(qū)塊被定義為一個(gè)三元組：

參數(shù) ：區(qū)塊對(duì)應(yīng)挖礦的難度值；

參數(shù) ：前一個(gè)區(qū)塊的哈希值；

參數(shù) ：PoW工作的隨機(jī)數(shù)答案；

參數(shù) ：事務(wù)的負(fù)載。

3. PoT協(xié)議（The PoT protocol）

PoT協(xié)議除了PoW中事務(wù)負(fù)載和區(qū)塊頭元數(shù)據(jù)外，還包含節(jié)點(diǎn)提交給區(qū)塊的簽名，以及區(qū)塊所在時(shí)期信任網(wǎng)絡(luò)的摘要。

        1)信任分區(qū)（Trust divisions）

對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，使用連續(xù)棄權(quán)函數(shù)（waiverfunction）實(shí)現(xiàn)難度值與輸入信任級(jí)別成反比。另一種方法是，節(jié)點(diǎn)被分配到符合一定信任范圍的組，每個(gè)小組所有成員在相同難度水平挖礦。挖礦和廣播的機(jī)制與PoW相同，但注意到網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)都可以毫不含糊地、一致地與其他節(jié)點(diǎn)一起檢索任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信任值。

        2)信任衰退和恢復(fù)（Trust decay & recovery）

當(dāng)節(jié)點(diǎn)vi在周期t時(shí)刻，獲得了某一個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)后，它的信任值會(huì)進(jìn)行一個(gè)與它在周期t初始時(shí)刻信任值成正比例的快速衰退和緩慢恢復(fù)的過(guò)程。以防止節(jié)點(diǎn)vi持續(xù)保持高的信任等級(jí)，從而產(chǎn)生Sybil攻擊的隱患。這里引入了指數(shù)衰退函數(shù)：

N(0) 是時(shí)間0是衰減量的值， 是衰減常數(shù)。

在每一個(gè)周期t，信任衰減過(guò)程是由節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的，協(xié)議規(guī)則如下，衰減長(zhǎng)度因子k，衰減常數(shù) λ，當(dāng)前周期t和當(dāng)前區(qū)塊鏈作為輸入，從時(shí)間t開(kāi)始對(duì) k/λ 個(gè)區(qū)塊，衰減對(duì)應(yīng)記賬權(quán)礦工的信任值。

3)對(duì)新邊的阻尼策略（Damping new edges）

一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)信任連接的權(quán)值與他們所加入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間成比例，防止節(jié)點(diǎn)過(guò)快地成為信任值最高的節(jié)點(diǎn)，分配規(guī)則如下：其中

4)PoT 有效區(qū)塊（Valid PoT block）

SKt 是節(jié)點(diǎn)vt的簽名， 是信任分區(qū)， 是 對(duì)應(yīng)的難度等級(jí)，一個(gè)有效的PoT區(qū)塊滿(mǎn)足如下條件：

根據(jù)以上定義，總結(jié)PoT協(xié)議為，在每個(gè)周期 t開(kāi)始時(shí)，假定網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都知道共識(shí)區(qū)塊鏈C的狀態(tài)，包括對(duì)上一個(gè)周期 t-1信任圖的信息。節(jié)點(diǎn)在t-1信任圖上執(zhí)行信任算法，然后應(yīng)用信任衰退機(jī)制，衰減最近奪得區(qū)塊記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)的信任。礦工找到PoW難題的答案，就將答案連通區(qū)塊 廣播到網(wǎng)絡(luò)中。如果這是一個(gè)有效的區(qū)塊，其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后礦工將它附加到區(qū)塊鏈C上。如果是非有效的，那么回退到步驟3)，所有符合條件的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)試圖找到難題的答案。

節(jié)點(diǎn)有可能同時(shí)監(jiān)聽(tīng)到多個(gè)有效的區(qū)塊，規(guī)定了此時(shí)接收最高信任節(jié)點(diǎn)發(fā)出的區(qū)塊作為結(jié)果值。此外，網(wǎng)絡(luò)延遲或連接網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性，不同的節(jié)點(diǎn)接收到不同的區(qū)塊，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，與PoW不同，采用信任最值得信賴(lài)的分支作為正確的主區(qū)塊鏈。

論文出處：Leila Bahri, Sarunas Girdzijauskas. Trust Mends Blockchains: Living up to Expectations, 2019 IEEE 39th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS)

5、POW & POS,傻傻分不清楚的共識(shí)機(jī)制

什么是共識(shí)機(jī)制？

我在開(kāi)更的第一篇文章，就簡(jiǎn)單講解了數(shù)字貨幣世界的16個(gè)最高頻名詞，其中一個(gè)就是共識(shí)機(jī)制，還記得嗎？

為什么要有共識(shí)機(jī)制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問(wèn)題”了。

拜占庭將軍問(wèn)題（The Byzantine Generals Problem）可以總結(jié)為一句話(huà)：

在古代，11位忠誠(chéng)的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對(duì)進(jìn)攻或撤退達(dá)成一致。

當(dāng)然，拜占庭將軍問(wèn)題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)明了“虎符”這個(gè)神奇的方式來(lái)保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個(gè)錯(cuò)誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯(cuò)誤、快速達(dá)成一致，來(lái)讓系統(tǒng)有效地、正確地運(yùn)行，便應(yīng)運(yùn)而生了各種“共識(shí)機(jī)制”。

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下面，我們就來(lái)一起學(xué)習(xí)數(shù)字貨幣世界中常見(jiàn)的幾種共識(shí)機(jī)制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識(shí)機(jī)制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的一個(gè)“哈希現(xiàn)金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數(shù)，其具體的工作原理實(shí)在太專(zhuān)業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結(jié)果很容易驗(yàn)證，但是要將其計(jì)算出來(lái)，需要不斷嘗試運(yùn)算，直到匹配到某個(gè)隨機(jī)數(shù)；技術(shù)上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過(guò)232394億運(yùn)算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學(xué)習(xí)。

因此，只要礦工出示運(yùn)算結(jié)果，那通過(guò)PoW，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)就認(rèn)可了他所付出的成本，承認(rèn)新的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)屬于他。

如此大量的運(yùn)算相當(dāng)浪費(fèi)資源，實(shí)際上并沒(méi)有任何科學(xué)或?qū)嶋H用途，只是為了實(shí)踐工作量證明機(jī)制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點(diǎn)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)。

雖然在2009年時(shí)為了構(gòu)建這種去中心化的、允許所有人可以免費(fèi)參與的全球貨幣網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經(jīng)有了其他不需要大量浪費(fèi)算力的證明機(jī)制，比如我們下面就要提到的，PoS權(quán)益證明。

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PoS，權(quán)益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點(diǎn)記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益成反比，也就是說(shuō)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的幣越多、時(shí)間越久，越容易獲取記賬權(quán)，也就越容易獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

實(shí)際上，最初的PoS是PoW的一種升級(jí)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的幣齡，來(lái)等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機(jī)數(shù)的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數(shù)量*擁有天數(shù)。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會(huì)被標(biāo)記時(shí)間戳，這個(gè)時(shí)間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個(gè)幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣(mài)了這10個(gè)幣，這900幣齡就被消耗了；

后來(lái)，為了徹底擺脫P(yáng)oW這種依靠算力的共識(shí)機(jī)制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機(jī)制最初確認(rèn)時(shí)就設(shè)定的，一般不會(huì)變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個(gè)例子中，A就可以得到0.02466個(gè)幣的利息。

如此一來(lái)，PoS區(qū)塊鏈的作用過(guò)程就可以這樣描述：

在初期，通過(guò)PoW機(jī)制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，PoS機(jī)制開(kāi)始作用，交易時(shí)消耗幣齡、獲得產(chǎn)生區(qū)塊的優(yōu)先權(quán)，并獲取利息，同時(shí)PoW機(jī)制由于消耗太多資源、浪費(fèi)算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來(lái)維持正常運(yùn)作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機(jī)制，不過(guò)正在轉(zhuǎn)向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識(shí)機(jī)制的時(shí)候，相信也會(huì)比較快得就能理解。

比如：股份授權(quán)證明DPOS，類(lèi)似于董事會(huì)投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時(shí)間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開(kāi)了，感興趣的同學(xué)可以百度或知乎一下~

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