區塊鏈:共識機制是什么？能解什么問題？

共識機制就是確定達成某種共識和維護共識的方式。可以理解為不同的群體所尋求的共同的認識、價值、想法等，在某一個方面達成一致的意見。共識機制的發展史，代表著區塊鏈技術從1.0走向2.0以及更遠的未來。從某種程度上講，對于共識機制的突破與創新，直接決定了區塊鏈未來大規模商業化的應用。如果將去中心化的區塊鏈技術比作一個生命體，那么共識機制可以說就是它的生命之源。

共識機制是什么？

相信每一位對區塊鏈技術有所了解的人，都或多或少的了解過一個相關的理論——“拜占庭將軍問題”，甚至對于很多人而言，拜占庭將軍問題是很多人了解區塊鏈技術原理的“第一扇大門”。

“拜占庭將軍問題”源自著名圖靈獎得主萊斯利·蘭波特在其同名論文中提出的分布式對等網絡通信容錯問題。根據維基百科的解釋，拜占庭將軍問題即：

動態 | Blockstack發布更新版白皮書 詳述共識機制設計及區塊鏈演進路徑:據鏈聞消息，分布式計算網絡Blockstack發布了更新版白皮書，更詳細地解釋和定義了該項目最新的技術成果，其中包括共識機制設計、Stacks區塊鏈的最新演進、智能合約語言等信息。Blockstack表示，其團隊發明了一種燃燒證明挖礦（proof-of-burn mining）的形式 , 借力比特幣網絡，隨著時間推移，當其自身PoW挖礦可以提供足夠強的安全保障時，Stacks區塊鏈將變成一條獨立的區塊鏈，這個過程通過一種“可調諧的”共識算法實現，將逐漸給予自身的Stacks挖礦更多的權重，而借力于比特幣燃燒證明的權重則相對減少。此外，Stacks區塊鏈v2版本將支持智能合約，重點關注安全性，Stacks區塊鏈的智能合約是圖靈不完備的，能夠更容易的預測智能合約與系統其他部分的交互及其執行的成本。此前消息，Blockstack曾向美國證券交易委員會（SEC）提交5000萬美元Stacks代幣融資申請，若獲批，可能將成為首個符合SEC標準的代幣產品。目前Blockstack已開始向2017年預注冊的投資者發放Stacks代幣，投資者需要完成“合格購買者”的KYC流程。[2019/6/1]

在分布式計算中，不同的計算機通過通訊交換信息達成共識，按照同一套協作策略行動。但有時候，系統中的成員計算機可能出錯而發送錯誤的信息，用于傳遞信息的通訊網絡也可能導致信息損壞，使得網絡中不同的成員關于全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。

動態 | V神稱贊PoS機制“偉大” 期待升級版共識機制出現:V神剛剛在Twitter上轉推了自己在2013年采訪Sunny King后撰寫的PoS普及文章，并評論稱“該文章揭開了PoS的偉大序幕，事后證明，由Sunny King發明的PoS機制獲得了廣泛采用及其應得的地位。接下來會是什么呢，超級PoS？”。Sunny King為PoS機制發明人，其于去年重出江湖并發行了VSYS幣，基于SPoS共識機制。[2019/1/24]

拜占庭是古代東羅馬帝國的首都，由于當時帝國的國土幅員遼闊，為了達到防御的目的，因此每個軍隊都分散駐守，將軍與將軍之間只能依靠郵差進行通信。當戰爭的發生時，所有將軍需要達成一致的共識共同出擊才能取得成功，否則就會失敗。但是軍隊內部可能存在叛徒或間諜，因此將軍們需要一種機制保證所有的將軍都對進攻的時間有一個相同的認識，也就是——即使信使真的有奸細，而且他采用了任何他能想到的措施，其余忠誠的將軍也可以在不受叛徒的影響下達成一致的協議。

現場 | NUChain覃文延：POC共識機制有利于AI發展:金色財經現場報道，在7月20日首屆產業公鏈（南京）高峰會議的跨鏈通用技術與CTO論壇上，北美區塊鏈基金會主席、人工智能物聯網核聚鏈NUChain覃文延在講話中介紹了Proof of Contribution共識機制，即通過計算貢獻值來進行挖礦計算，貢獻值包括提供有效數據、算法貢獻、活躍度、存儲資源、社區貢獻值等，通過POC函數和加權計算達成共識。數據使用者發出請求并廣播，數據提供者將數據上鏈，通過AI深度學習進行匹配交易，實現有效數據貢獻，即AI數據價值發現。[2018/7/20]

OK區塊鏈工程院認為，這是區塊鏈共識機制產生的根源所在，“共識”就是在一個由多方組成的系統中，在某一個步驟中讓一個系統中所有的節點對一個值達成一致。

也就是說，在區塊鏈系統中，每一個共識機制都需要回答下面的問題：

BM發推特感謝V神幫助提升DPOS終版共識機制:EOS的創始人BM剛剛在推特上感謝V神幫助EOS開發團隊改善DPOS BFT終版共識機制，并附上其在5月16日早上于Medium發布的一篇名為《DPOS BFT——流水線結構拜占庭容錯機制》的文章，說明EOS.io的最終版共識機制原理。昨天晚上，以太坊的創始人Vitalik Buterin在EOS.io的Github專區評論，指出EOS.io最近更新的DPOS兼拜占庭容錯機制無法保證區塊的安全，并建議使用以太坊團隊提出的Casper FFG中的算法。[2018/5/16]

What——下一個區塊應包含哪些交易？

Who——下一個區塊應該由誰來生成？

When——下一個區塊應該何時產生？

Evolution——如何升級共識協議？

混合共識機制公鏈初鏈TrueChain發布黃皮書:4月28日，全球首個實現混合共識機制（PBFT+POW）的公鏈——初鏈TrueChain發布技術黃皮書。初鏈CEO張劍南表示，技術黃皮書將隨著項目進展不斷更新，歡迎對黃皮書中共識及工程架構的設計進行問題發掘和建議。任何人成功發現此版黃皮書中共識設計的問題，或提出有效建議的，將得到150個TRUE作為獎勵。同時，初鏈還發布了輕錢包內測版本并開放源代碼。初鏈輕錢包支持ETH以太幣，官方TRUE代幣和其他各種符合ERC20規范的代幣。錢包代碼是開源的，與其他錢包相比，避免了安全隱患，具有很高的安全性。[2018/4/28]

Immunity——如何解決交易歷史的競爭問題？

OK區塊鏈工程院認為，共識機制的目標就是找到這些問題的答案，并確保其健壯性以抵制攻擊者試圖獲得網絡的控制權。實際上，獲得控制就意味著獲得了單方面審查交易的能力。共識機制也應當能健壯地抵御攻擊者利用在不同計算機上的數據庫狀態中的臨時不一致性獲取好處。

共識機制能解什么問題？

在回答“共識”究竟能解決什么問題之前，我們必須了解兩個在分布式系統中已經被證明的結論：CAP定理和FLP不可能性定理。

CAP定理指的是在一個分布式系統中，在Consistency、Availability、ParTITIontolerance中，最多只能實現兩點，不可三者兼得。

其中，一致性代要求在分布式系統中的所有數據，在同一時刻達到同樣的值，也就是說所有節點訪問同一分最新的數據副本；可用性要求，系統中部分節點出現故障以后，系統整體可以正常相應，不被故障節點影響；分區容錯性則要求，系統如果不能在時限內達成數據的一致性，就必須在C和A之間做出選擇。

FLP不可能性定理則是指，對于允許節點失效情況下，純粹異步系統無法確保一致性在有限時間內完成。

OK區塊鏈工程院認為，FLP不可能性定理已經證明，在一個異步網絡中我們永遠也達不成一致。而CAP定理，則讓我們在設計算法時所有傾向，是使用CP算法，還是AP算法。

共識算法本身可以描述為在某一個步驟中讓一個系統中所有的節點對一個值達成一致，即使系統中存在故障，我們也要忽略掉這些故障節點的噪音讓整個系統繼續正確運行，而問題的難點就在于在一個異步網絡中將這些噪音降到最小。

不得不談的去中心化

至此，我們可以清晰地看到一些區別所在：

在一個中心化的結構體系中，整個系統的共識可以由中心來決定，各個節點只需要接受中心所下達的“命令”即可，這也是中心化系統運作更加高效的原因所在。而在去中心的體系中，所有參與系統的節點是處于一個平等的地位，當節點之間出現分歧時，就需要依靠設計巧妙的共識機制來使其順利地運轉下去。

因此，共識機制也被很多人稱作是去中心化系統的核心靈魂所在，二者相輔相成、缺一不可。只有在保證去中心化的前提下共識才能保持一致，如果確保共識的節點數量較小或者受到中心化的控制，那么就很容易被攻擊。

在OK區塊鏈工程院看來，判斷一個協議是不是去中心化，需要看這個協議能不能在全部節點都永久性刪除后，僅依靠一個節點仍然能夠恢復過來正常運作。如同一個菌絲體借助單細胞就能恢復過來一樣。我們稱之為完全去中心化，但逃脫不了生物學界的一個事實，多細胞生物比單細胞生物更高級，即以損失一定程度的去中心化為代價。

其實，我們在討論一個項目是不是去中心化的時候，有所爭議的往往是此節。比如對于EOS這種DPOS共識機制是否是去中心化的爭論：

提問方問的是系統治理的去中心化程度，而回答者則回答其他兩者的去中心化程度。如此溝通如何達成一致？因此我們有對去中心化分層的必要，并從以下三個層面來理解去中心化：

首先是系統部署的去中心化。在現實世界中，基于docker等虛擬技術和運用這些技術的云計算平臺，以下三個問題往往很難拆分：

①系統有多少節點組成？

②部署在幾臺物理計算機中？

③分數多少個地區？

但是最終我們想實現系統部署去中心化的目的是一樣的，就是降低同一時間節點崩潰的數量，例如地震、海嘯、云平臺安全事件等。

其次是系統邏輯去中心化；在系統的運行流程中，這個系統是由一種角色組成？還是多種角色合作組成？或者說，是由一臺完整的單一設備組成，還是多種不同種類的設備組裝的小組？舉個例子，針對一個系統，我們在任意一個時刻，將系統分成2份，系統都能完整的獨立運行下去么？如果以后兩部分又合二為一了，系統還能正常運行么？

第三，系統治理去中心化；針對一個區塊鏈項目，有兩個重要的權限控制：系統修改權限和系統數據權限。針對系統修改權限，有多少個人或者組織，對組成系統的計算機擁有最終的控制權？針對系統數據權限，權限控制是否虧歸屬于每個個體？有多少涉及管理，查看非自身數據的權限？以及如何制定權利邊界？

目前區塊鏈技術已經發展到2020年了，從某種程度上來講，單純用“中心化”和“去中心化”無法準確的描述我們目前所用到的方案。

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