区块链学堂——深入浅出共识机制

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什么是共识？

在理解共识的概念之前，先简单粗爆地假设——咱们村有100人，现在要投票选举谁当村长，如果100人都亲自到场投出自己的一票，那参与度是100%；如果这100人选出了10个代表去投票，参与度则只有10%。这两种投票，哪一种投票更能代表民意呢？毫无疑问是前者，因为参与度更高；相反，后者选出了10位代表去投票，参与度低，难免以偏盖全。通过这个假设，我们可以对什么是参与度有一个简单粗暴的理解。

共识（Consensus）是一切交易的基础，达成共识越分散（参与度越高），其效率就越低，但满意度越高，因此也越稳定；相反，达成共识越集中（参与度越低），效率越高，也越容易出现独裁和腐败现象。

区块链技术的伟大之处在于去中心化和去信任（或降低信用成本），如何在一个完全陌生的网络环境里，通过代码撮合交易？言外之意，这些代码究竟发挥了何种神奇的魔力，让买卖双方产生信任呢？

答案就是共识机制。

共识的重要性和意义

共识机制是区块链技术自带颠覆（改善）世界的光芒，得以被全世界逐步接受和认可的最大幕后功臣，它让互联网上，陌生人之间，在没有第三方作为信用背书的情况下，发生一切交易变成可能，它赋予了机械的代码以人性和温度。

在区块链中最常用的三种共识算法有工作量证明、权益证明和股份授权证明。学习共识算法是掌握区块链技术的必由之路，共识机制是区块链技术的核心点之一，一个区块链系统，共识机制设计得好与坏直接决定了系统的工作效率、运行成本、安全性、甚至毫不夸张地说，直接决定了系统存在的价值。

下面我们抛开所有术语，一起来探索这三种并不神秘的共识机制（算法）。

一：工作量证明PoW

顾名思义，工作量证明是证明你完全某项任务所花费的精力（包括时间、脑力、体力等），同时也证明你达到了某个水平。在生活中，它类似于毕业证、驾照，大学毕业证可以证明你读完了学制四年的大学课程，并通过了所有课程的考试，达到了所学专业的某个水平；驾照可以证明你学完了所有学时，并通过了四个科目的考试，达到了开车上路的水平。

在众多的区块链应用中，使用工作量证明作为共识算法的典型案例就是比特币，如果了解比特币，对比特币挖矿一定不会陌生(如果对挖矿不太了解，强烈建议先看看《区块链学堂——比特币挖矿（一）》),假设比特币的世界里有A、B、C、D四个人，现在这四个人都在争抢记账权限（挖矿），到底用什么方式在保证公开、公正、透明的情况下，快速决定把记账权限归谁呢？

科学家们脑洞大开，发明了工作量证明机制，即每一次要争夺记账权限，都给A、B、C、D四个人出一道题，谁要是第一时间算出了这道题的正确答案，就可以获得一个证书——工作量证明，凭这个证明，就可以获得记账权限。

优点：完全去中心化 缺点：挖矿造成了巨大的资源浪费（为了争夺记账权限不停地轮询计算，耗电量巨大），而且达成共识的周期过长，导致每秒仅仅只能做几笔交易（比特币每秒只能做7笔交易），不适合商业应用。

二：权益证明PoS

为了弥补工作量证明达成共识周期过长的缺点，科学家们发明权益证明共识算法，权益证明就是用股权代替PoW中的挖矿算力，来模拟比特币的挖矿过程。A、B、C、D四个人谁拥有的代币（类似于比特币等数字货币）数量多，谁就有机会获得记账权限。

这样做的好处显而易见，A、B、C、D都不需要拼命地算题，从而节省了大量算力和电费，同时大大缩减了达成共识的时间，但缺点也很明显：钱多的的人（节点），获得记账权的机率更大，这会使得共识成为少数有钱人的游戏，从而失去公正性。

三：股份授权证明DPos

股份授权证明类似于董事会投票，假设某个区块链系统的世界里有10万人，现在这10万人投票选出了4位股东作为代表来行驶记账权，这4位董事分别是A、B、C、D，在记账过程中，按顺序每位董事有两秒钟的时间来记账，如果在规定的时间内记账失败，则直接把权限交给下一位董事，这样原本10万人参与记账竞争的游戏，现在变成了4人。

这样做的优点是大幅缩减了参与验证和记账的数量，形成共识几乎可以达到秒级，缺点是固定数量的董事作为记账候选人，与去中心化的理念相违背，董事数量太少，参与度太低，也缺乏一定的代表性。

对比这三种最常用的共识算法，不难发现各有利弊，它们的诞生都围绕着一个核心——如何更加公平、公正、透明、轻量（不过多消耗资源）、高效（更快）地达成共识，挑选出记账的人（节点）。

文中尽可能地避免引用专业名词和术语，只是为了更加通俗易懂地讲明白三种不同共识算法的定义，以及各自的优缺点，为后面更加深入学习区块链技术打下基础。欢迎大家留言讨论，共同学习进步。