區塊鏈如何達成共識？

區塊鏈共識確保所有節點都同意交易有效性和分類帳狀態，從而實現無信任，安全的分散網絡。

2025/08/12 05:07

什麼是區塊鏈共識？

區塊鏈共識是指分散網絡中的所有節點都同意交易的有效性和分類賬的當前狀態的機制。沒有中央權威，跨分佈式系統達成協議對於維持誠信和防止欺詐至關重要。共識確保每個參與者以相同的順序記錄相同的數據，即使某些節點試圖操縱或偽造信息。這個過程是區塊鏈技術無信任性質的基礎，使用戶可以在不依靠中介機構的情況下安全地進行交易。

工作證明（POW）：原始共識機制

Bitcoin引入了工作證明（POW） ，並且仍然是最廣泛認可的共識算法之一。在POW中，礦工競爭使用計算能力來解決複雜的加密難題。第一個解決難題的礦工將解決方案廣播到網絡進行驗證。經過驗證後，將新區塊添加到區塊鏈中，礦工將獲得獎勵。

• 礦工將未經證實的交易收集到候選人區域
• 他們反復計算塊標頭的哈希，調整非CE值，直到哈希滿足網絡的難度目標
• 獲勝的礦工在整個網絡上傳播街區
• 其他節點在將塊附加到鏈條副本之前獨立驗證了塊的有效性
  這個過程使篡改非常昂貴，因為攻擊者需要控製網絡總計算能力的50％以重寫歷史記錄。
  

  股份證明（POS）：節能替代方案

  
  股份證明（POS）用經濟股份代替了計算工作，作為驗證塊的基礎。 POS系統使用驗證器，而不是礦工，他們將一定數量的加密貨幣鎖定為抵押。該協議選擇驗證者根據其股份和其他因素（例如放入持續時間或隨機化）提出並證明新塊。
• 驗證者將令牌鎖定成簽訂合同
• 網絡算法選擇一個驗證器來創建下一個塊
• 其他驗證者驗證塊並簽署其正確性
• 如果驗證者不誠實地行事，則可以部分或完全削減其股份
  與POW相比，這種設計大大降低了能源消耗，並將驗證器激勵措施與網絡安全保持一致，因為惡意行為可能會有財務損失。
  

  授權的股份證明（DPO）和投票機制

  
  授權的股份證明（DPO）引入了一個基於投票的治理模型，在該模型中，令牌持有人選出有限數量的代表或證人代表他們驗證交易。這些當選的節點負責在旋轉時間表中產生塊。
• 代幣持有者使用其固定令牌投票給代表
• 頂級候選人（例如，EOS中有21個）成為塊生產商
• 生產商輪流以計劃的間隔創建和簽名
• 如果生產商未能產生塊，則將其投票並替換
  該系統可實現更快的交易處理和更高的吞吐量，但由於依賴一小組驗證者而增加了集中化風險。
  

  實用的拜占庭容錯（PBFT）和其他變體

  
  實用的拜占庭容錯（PBFT）用於許可區塊鍊和一些混合模型。即使某些節點表現出惡意或失敗，它也可以確保共識。 PBFT通過節點之間的一系列消息交換來運行，以同意單個狀態。
• 一個節點充當領導者（主要），而其他節點是複製品
• 客戶端將請求發送給主人，該請求將其廣播到所有復製品
• 節點在回合中交換消息：預備，準備和提交
• 當一個節點接收到足夠的匹配消息（2f+1，其中f是最大的故障節點數）時，它將提交結果
  PBFT迅速達到終結性，並且在已知參與者的網絡中有效，儘管由於節點間通信的量大量，但可伸縮性受到限制。
  

  其他共識模型和混合方法

  
  除了主要模型之外，還存在幾種替代和混合共識機制。權威證明（POA）依賴於預先批准的身份驗證的驗證者，使其適用於私人或財團區塊鏈。 Solana使用的歷史證明（POH） ，使用可驗證的延遲功能來創建歷史記錄，改善吞吐量。空間證明（POSPACE）和容量證明（POC）允許參與者使用可用的磁盤空間作為參與共識的資源。一些平台結合了機制 - 例如，以太坊使用POS進行塊驗證，但結合了隨機性和削減條件以增強安全性。每個模型都平衡了權力下放，安全性和可擴展性之間的權衡。
  

  節點如何執行共識規則

  
  區塊鍊網絡中的每個節點都運行了協議軟件中嵌入的相同共識規則。當新塊到達時，節點在接受之前執行一系列檢查。
• 驗證塊中所有交易的加密簽名
• 確保通過對現有分類帳進行檢查不會發生雙重支出
• 確認塊哈希符合當前的難度目標（在POW中）或正確選擇了驗證器（在POS中）
• 驗證先前的塊參考以維持鏈連續性
  如果任何檢查失敗，節點會拒絕塊，並且不會傳播它。這種自主驗證可確保僅接受合規塊，從而加強網絡範圍的協議。
  

  常見問題

  
  是什麼阻止了節點躺在塊的有效性上？
  節點使用相同的共識規則獨立驗證每個塊。如果節點試圖傳播無效的塊，則其他節點會拒絕它。由於未接受無效的塊，不誠實的節點沒有任何好處，並且可能被黑名單。
  

  如果某些節點離線，可以達成共識嗎？
  
  是的。大多數共識機制旨在耐受一定數量的非活動或故障節點。例如，POS和PBFT可以運行，只要超過三分之二的活動節點是誠實且連接的。

  最長的鏈條如何確定工作證明？
  
  最長的鏈條是具有最積累的工作證明的鏈條，不一定是塊最多的鏈條。節點始終擴展代表最大總計算工作的鏈條，以確保整個網絡的對齊。

  所有區塊鏈都使用相同的共識規則嗎？
  
  否。不同的區塊鏈根據其目標實施不同的共識機制。 Bitcoin使用POW，以太坊使用POS，波紋使用基於受信任驗證器的共識協議，而IOTA使用有向的無環圖（DAG）與基於協調員的共識。