共识机制，区块链的价值与灵魂

怎么才能在区块链分布式系统中更高效地达成共识，保障区块链系统的正常运行？共识机制在其中起到了决定性的作用。

作为区块链技术的核心元素，共识机制的设计决定了整个系统的可扩展性、安全性和去中心化的程度，也决定了系统能否承载更多、更复杂的应用，以及是否能适应更广泛的应用范围。

比特币的成功吸引了大量的关注，其共识机制也引来了众多模仿者。一些人试图对其进行完善，还有另一些人希望对它进行全面革新。

POW工作量证明

比特币使用的是POW工作量证明机制，其后来者以太坊、莱特币也采用同样的共识机制。POW需要进行大量的计算，以算出系统给出的数学难题。具体来说就是，计算出新区块的hash值，并且这个hash值要小于某个数，而且计算难度每过一段时间就会调整，以应对全网算力的变化，用来平衡生成一个区块所需的时间。

尽管POW是非常公平和安全的共识机制，但它巨量的计算会消耗大量的能源，并造成环境污染。国际能源署 2016 年的数据显示，加密货币挖矿每年消耗的能源相当于希腊、以色列、智利、捷克等国的能源消耗水平。此外，加密货币挖矿行业每年产生的二氧化碳排放量，保守估计也要超过纽约到洛杉矶 30 多万次航班飞行的二氧化碳排放量。

POS权益证明

POS权益证明机制解决了POW工作量证明机制能源浪费的问题，通过持有Token的数量和时长来决定获得记账权的机率。相比POW，POS避免了挖矿造成大量的资源浪费，缩短了各个节点之间达成共识的时间，网络环境好的话可实现毫秒级，对节点性能要求低。

但POS的缺点同样明显，持有Token多的节点更有机会获得记账权，这将导致“马太效应”，富者越富，破坏了区块链的去中心化。

DPOS委托权益证明

DPOS委托权益证明与POS原理相同，其主要区别在于，DPOS的Token持有者可以投票选举代理人作为超级节点，负责在网络上生产区块并维护共识规则。如果这些节点未能履行职责，将投票选出新的节点。

DPOS算法由Dan Larimer于2014年提出，并被EOS、Tron、Bitshares等项目采用，其每秒处理的交易量（TPS）比POS更高，能源消耗较少，但由于记账权集中在一小部分节点手中，因此它也倾向于中心化。

POA权威证明

POA不是一种独立的共识算法，而是POW和POS混合的算法，目前有唯链、欧链等采用了POA共识机制。

POA节点之间无需进行通信即可达成共识，因此效率极高。并且它也能很好地对抗算力攻击，安全性较高。但是POA需要一个集中的权威节点来验证身份，这就意味着它会损害区块链的去中心化，这也是在去中心化和提高效率之间的妥协。

PBFT拜占庭容错算法

PBFT模型是建立在工作量证明基础之上的另一种共识机制，这个概念本身比POW早了十年。它在20世纪90年代后期被提出，旨在抵御恶意节点破坏网络的风险，使用PBFT的风险很低（没有像POW的矿池，没有POS这样的主要利益相关者的相互勾结），并且信任与资产所有权完全脱钩。

PBFT系统的工作原理是，恶意节点的最大数量不得大于或等于系统中所有节点的三分之一。随着节点数量的增加，系统变得更加安全。PBFT的变体目前被Hyperledger，Stellar和Ripple等采用。

上述几例只是所有共识机制中常见的一部分，它们经过时间的验证，已经被各种区块链项目采用，但在某种程度上共识机制的发展都是为了解决POW和POS的缺陷，也就是为了在区块链“不可能三角”——去中心化、可扩展性、安全性之间达到平衡。毕竟，区块链从根本上提供的是去信任的系统，安全和权力下放是一开始建立信任的关键，可扩展性则是系统可用性的决定因素。