區塊鏈如何達成共識以及為什麼有不同的方法？

了解區塊鏈共識機制

1. 區塊鏈通過使分佈式網絡參與者在不依賴中央機構的情況下就交易的有效性達成一致來達成共識。此過程確保網絡中的所有節點都維護賬本的相同副本。核心挑戰在於防止雙重支出並維護去中心化系統中的數據完整性。

2. 每個節點根據預定義的規則驗證新塊。當提出一個區塊時，其他節點會驗證其內容，包括交易簽名和對協議約束的遵守。只有通過這些檢查後，區塊才會添加到鏈中，從而確保對等點之間達成不信任的協議。

3.共識機制對於在參與者可能彼此不信任的環境中維護安全性和不變性至關重要。它們可以防止惡意行為者更改歷史記錄或將欺詐性交易注入系統。

4. 不同的區塊鏈根據其設計目標（例如可擴展性、能源效率或抗中心化）採用不同的方法。這些權衡決定了共識算法的選擇，並影響交易確認的速度和安全性。

當今使用的共識算法的類型

1.工作量證明（PoW）要求礦工解決複雜的密碼難題以驗證交易並創建新區塊。該方法通過計算工作支撐 Bitcoin 並強調安全性，從而使攻擊成本高昂。

2. 股權證明 (PoS) 根據驗證者持有的加密貨幣數量並願意“抵押”作為抵押品來選擇驗證者。以太坊過渡到這種模式是為了減少能源消耗，同時保持網絡完整性。

3. 委託權益證明 (DPoS) 允許代幣持有者投票給一小群代表，代表他們生成區塊。與完全去中心化的模型相比，這種方法提高了交易速度，但引入了一定程度的中心化。

4. 實用拜占庭容錯（PBFT）依賴於已知參與者之間的投票機制來達成一致，通常用於在加入網絡之前需要進行身份驗證的許可區塊鏈。

5.每個共識模型以不同的方式平衡去中心化、安全性和性能，反映了區塊鏈預期用例的優先級。沒有任何一種方法在所有指標上都普遍優於其他方法。

為什麼共識設計存在差異

1. 能源消耗問題推動了 PoW 之外的創新，而 PoW 需要大量電力。 PoS 等替代方案旨在實現類似的安全性，同時顯著降低對環境的影響。

2. 網絡規模和治理結構影響共識選擇。公共、開放網絡通常傾向於無許可模型，而企業解決方案可能會選擇更快、更受控制的協議，例如 PBFT。

3. 系統之間的攻擊向量不同。如果算力集中，PoW 很容易受到 51% 攻擊，而 PoS 必須防範攻擊者使用舊私鑰重寫歷史的遠程攻擊。

4.可擴展性要求促使開發人員採用混合或新穎的機制，每秒可以處理數千個事務而不犧牲可靠性。第 2 層解決方案和分片通常與基礎層共識配合使用，以提高吞吐量。

常見問題解答

什麼可以防止惡意節點更改過去的區塊？一旦一個區塊被埋在後續區塊下，改變它就需要重新進行工作量證明或在所有後續區塊中重新進行質押——這種努力成本如此之高，以至於實際上變得不可能。累積的工作或權益可以保護歷史數據。

節點在共識過程中如何檢測無效交易？每個節點根據協議規則運行獨立的驗證檢查。數字簽名不正確、資金不足或數據格式錯誤的交易將被立即拒絕並排除在候選區塊之外。

區塊鏈上線後可以切換共識機制嗎？是的，一些區塊鏈已經經歷了硬分叉來改變它們的共識規則。以太坊從 PoW 到 PoS 的轉變就是一個突出的例子，需要跨客戶端和基礎設施進行協調升級。

是否有一種最適合所有應用程序的共識方法？沒有適合所有場景的共識算法。高安全性的公共賬本優先考慮攻擊抵抗，而私營企業鏈可能更看重速度和最終性，而不是完全去中心化。