科普：淺談POW/POS共識機制-ODAILY_區塊鏈:POW3R

在前面的文章中，我們科普了挖礦的原理和應用，那么如何在區塊鏈中確保交易的準確性和有效性呢？

讓我們再次回到特定的情境中。在傳統的金融系統里，A向B轉賬了一筆錢，這個行為會被保存在銀行數據庫里，也就是交易數據的真實性由銀行這樣的傳統機構保證，以他們的記錄為準。但是在比特幣系統中，可能有的節點記錄了A向B轉賬的事情，有的節點沒有記錄，那系統到底如何確認這筆轉賬的真實性呢？

于是通過一個合適的共識機制，讓整個系統能做出統一的決定，就很重要了。

相信這時候有人會提出，這不是很簡單嗎，讓所有人投票，少數服從多數就好了！

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

可是世界畢竟沒有那么單純。1982年，LeslieLamport等在論文《TheByzantineGeneralsProblem》中提出了這樣一個問題：

聲音 | 上海股交所總經理：區塊鏈想要大規模發展要做好社會科普工作:金色財經報道，上海股交所總經理張云峰表示，區塊鏈當前還處于一個“概念”的階段，距離成熟應用，影響到百姓的日常生活還有很長的路要走。對于“區塊鏈”和其會帶來的社會和經濟效果，沈陽應當持審慎的態度。區塊鏈想要大規模發展，一方面要做好這項復雜技術的社會科普工作，加快社會大眾對區塊鏈的了解。另一方面，要充分發揮市場的作用，讓企業用實實在在的技術創新，賦能實體經濟的發展。[2019/11/17]

設想在中世紀，拜占庭帝國的幾位將軍各自帶兵共同圍困一座城市。這座城市的防守非常堅固，只有他們一起進攻才能攻下來。也就是說，他們要么一起進攻，要么一起撤退，否則都是災難性后果。但是因為各位將軍分處城市不同方向，沒法坐在一起討論，只能通過信使告訴彼此自己投票進攻還是撤退。于是，每位將軍都是根據得到的所有別的將軍的投票，做出自己進攻還是撤退的決定。

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

如果所有將軍都是忠誠的，當然沒有問題，根據大多數將軍投票結果就好了。但是問題在于，將軍中可能有叛徒。假設9位將軍投票，4人投進攻，4人投撤退，剩下1人是叛徒，他選擇告訴進攻的4人他投進攻，告訴撤退的4人他投撤退，那么結果就悲慘了。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

所以需要有一種算法，以保證即使將軍中有叛徒，忠誠的將軍們依然能通過多數決來做出決定，也就是拜占庭容錯。這并不容易。直到1999年，MiguelCastro和BarbaraLiskov提出了實用拜占庭容錯算法，能夠實現只要叛徒不超過三分之一，忠誠的將軍們就一定能達成一致結果。這已經是非常好的成績。

直到中本聰提出比特幣，拜占庭將軍問題的解決終于有了一種新的思路。我們這里不討論技術算法和結構，簡單來說，中本聰的思路就是，如果要做叛徒，攻擊整個網絡，需要付出相應的成本，而這個成本在比特幣的PoW工作量共識機制下，就是要掌握整個網絡50%以上的算力——換句話說，有50%以上的叛徒才行，這是比PBFT高得多的容錯率，而且大家可以想象一下這是多高的成本。接下來，絕妙的是，如果真的掌握那么大的算力的話，用這些算力維護網絡獲得的收益其實會高于破壞網絡。

當然PoW機制雖然很健壯，但成本很高，有太多懂區塊鏈不懂區塊鏈的人批評比特幣浪費了大量的算力以及產生這些算力的電、計算設備等。因此后來全世界的聰明人們研究出了不少替代PoW的共識機制，不過這些共識機制同樣延續的中本聰的思路：作惡有成本，且成本高到還不如為善。

但是后續的這些共識機制也都有各自的問題。比方說，PoW之外最早也是最重要的PoS，由SunnyKing于2011年提出，它的原則是一個節點持有的幣越多，越有機會產生下一個區塊，也就是如果想要造假需要持有很大量的幣。而既然造假者持有了那么多幣，破壞網絡的可信度就會造成資產的大量損失，這個損失極有可能是超過造假的收益的。

PoS相比PoW節約了大量的資源，但是對它的批評也很明顯：這會造成富者越富，窮者越窮，然后用戶會流失，新用戶也不愿意加入。

即使在POS和POW之后，誕生了股份授權證明機制、按區塊達成的投注共識、瑞波共識機制、秒級共識驗證Pool驗證池、廣泛應用于聯盟鏈共識的實用拜占庭容錯機制、小蟻發布的授權拜占庭容錯機制等各樣共識機制，但是由于它們各自存在的中心化過強、過于依賴代幣、容錯性過差等缺點，截至目前，依然沒有一種共識機制，能讓大家都覺得信服。

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