区块链行业技术引卷之三：主流区块链共识机制的简介与比较-20181226-通证通研究院-19页-1mb

区块链共识机制简介与比较总结

核心内容

本文是通证通研究院与FENBUSHI DIGITAL联合发布的区块链专题研究报告，主要介绍了区块链技术中主流共识机制的分类、特点、优缺点及应用场景。报告对共识机制进行了系统性分析，从“容错能力”、“节点参与资格”、“形成共识的依据”、“共识内容”等多个维度进行分类，并对 PoW、PoS、BFT、DAG 等共识机制进行了对比分析。

主要观点

1. 共识机制的分类标准：

   • 容错能力：分为能容忍拜占庭错误与不能容忍两类。
   • 节点参与方式：分为全体参与、选举见证人、需身份认证三种。
   • 形成共识的依据：分为间接形成共识（如 PoW、PoS）和直接形成共识（如 pBFT、FBA）。
   • 共识内容：分为对区块形成共识与对交易直接形成共识。

2. 共识机制类型与特点：

关键信息

1. Proof of X 类共识机制

• PoW（工作量证明）：

  • 节点通过算力竞争记账权。
  • 通过解决哈希谜题获得区块奖励。
  • 安全性依赖算力，但存在能源浪费、算力中心化风险。
  • 双重支付攻击概率随确认次数增加而降低。

• PoS（权益证明）：

  • 节点根据持有的权益数量分配记账权。
  • 解决了能源浪费问题，但存在“富者更富”、N@S（零成本攻击）等安全风险。
  • 有改进型共识机制如 PoA、Casper、Ouroboros、PoSV 等。

• 其他 PoX 类共识机制：

  • PoA：结合 PoW 和 PoS，通过“Follow the Satoshi”算法选择验证者。
  • PoST：基于存储资源（空间和时间）的共识机制，如 IPFS。
  • PoBurn：通过“燃烧”通证获取记账权。
  • Proof of Authority：基于节点身份认证，如 ETH 测试网 Koven。
  • Proof of Believability：通过投票机制形成委员会，如 IOST。

2. BFT 类共识机制

• pBFT（实用拜占庭容错）：

  • 通过三阶段协议（预准备、准备、确认）达成共识。
  • 容错能力为 $1/3$，适用于节点数量较少的场景。
  • 随着节点数量增加，效率下降，不适用于大规模网络。

• FBA（联邦拜占庭协议）：

  • 通过子网络间的信任机制形成共识，如 Ripple 和 Stellar。
  • 容错能力为 $1/5$，依赖信任联邦，扩展性受限。

3. 代理类共识机制（Delegated）

• DPoS（委托权益证明）：

  • 节点通过投票选举见证人，见证人负责记账。
  • 每个见证人轮流生产区块，提高效率。
  • 存在中心化风险，如 DDoS 攻击可能性较高。

• DPoS-BFT：

  • 在 DPoS 基础上结合 BFT 协议，如 EOS 和 NEO。
  • 通过 BFT 算法在见证人之间达成共识，提升安全性。

4. DAG 类共识机制

• Tangle（IOTA）：
  • 采用 DAG 结构，交易直接参与共识，无需矿工。
  • 交易通过引用两个 tip（末端交易）进行验证，形成共识。
  • 不需要交易费用，但缺乏交易过滤机制，易受垃圾交易攻击。

共识机制对比

风险提示

• 算力中心化风险：PoW 机制易导致算力集中于矿池。
• 共识节点中心化风险：PoS 和代理类共识机制可能因投票权重分配导致节点集中。
• 安全漏洞：如 N@S 攻击、女巫攻击、DDoS 攻击等。
• 交易效率：PoX 类共识机制可能因区块确认而降低交易效率。

附注

• 文中部分术语存在不准确之处，如“通证”与“数字通证”等，建议读者结合上下文理解。
• 报告强调共识机制的演进趋势，包括混合共识机制与 DAG 结构的创新应用。
• 报告旨在为投资者和研究者提供参考，不构成投资建议，仅用于信息交流。