区块链的节点如何达成共识？

了解区块链共识机制

区块链技术依赖于节点的分布式网络来维护共享的，不变的分类帐。但是，由于这些节点是独立的，并且在地理上分散了，因此需要一种机制来确保它们都同意区块链的有效状态。这是共识机制所在的地方。它们对于整个区块链系统的安全性和完整性至关重要。没有强大的共识机制，区块链将容易受到操纵和攻击。不同的区块链采用各种共识机制，每种机制都具有自己的优势和劣势。

工作证明（POW）

POW也许是Bitcoin著名使用的最著名的共识机制。它涉及竞争以解决复杂加密难题的节点。解决难题的第一个节点是将下一个交易块添加到区块链中，并获得新铸造的加密货币的奖励。此过程需要重大的计算能力，这使得尝试欺诈性交易在计算上昂贵。计算能力越高，网络变得越安全。

• 节点将接受未决的交易。
• 节点竞争解决加密哈希难题。
• 解决难题的第一个节点将块添加到区块链中。
• 其他节点验证块并将其添加到其区块链的副本中。

此过程可确保仅将有效的区块添加到区块链中，因为更改块将需要大量的计算资源和时间来重新计算哈希。但是，POW的能耗是一个重要的缺点。

验证证明（POS）

POS是旨在解决POW的替代共识机制。 POS不依赖计算能力，而是使用节点在加密货币中的股份来确定其在共识过程中的影响。具有较大股份的节点具有较高的概率，以验证交易并在区块链中添加区块。这减少了对广泛的计算能力的需求，使其更节能。

• 节点将其加密货币存放。
• 区块链根据损耗大小随机选择验证器。
• 选定的验证器提出并验证了一个新块。
• 其他节点验证块。

POS机制各不相同；有些使用随机选择过程，而另一些则使用更复杂的算法来确保公平和安全性。该股份充当保证金；恶意行事的验证者冒着失去股份的风险。

授权证明（DPO）

DPO是POS的一种变体，即令牌持有人投票选出将验证交易并创建块的代表。这种方法旨在通过将验证过程委派给较小的当选验证者来提高效率和可扩展性。令牌持有人可以选择他们信任的代表，从而确保一定程度的问责制。但是，它引起了人们对集中化的担忧，因为验证交易的权力集中在几个代表的手中。

• 令牌持有人投票支持代表。
• 选定的委托验证交易并创建块。
• 代表们的工作得到了回报。
• 令牌持有人可以随时切换他们的选票。

该系统通常比POW和POS更快，但是如果大量代表合并，权力的集中度可能会导致脆弱性。

实用的拜占庭容错（PBFT）

PBFT是一种确定性共识算法，专为较小，更紧密的耦合网络而设计。它不如POW或POS扩展，但具有很高的容错性。它可以忍受一定比例的故障节点，而不会损害系统的完整性。 PBFT通常用于允许的区块链中，该区块链是已知和值得信赖的实体的。

• 一个节点提出了一个新块。
• 其他节点对拟议的块进行投票。
• 如果节点的超级贡献同意，则将块添加到区块链中。
• 如果没有共识，则重复该过程。

PBFT的主要局限性是其可伸缩性。它在大量节点上挣扎。

混合共识机制

许多现代区块链采用混合共识机制，结合了不同方法的要素。这使他们能够利用各种算法的优势，同时减轻弱点。例如，区块链可能将POS用于块创建和PBFT来最终确定块，将POS的效率与PBFT的高容错耐受性结合在一起。这种方法根据区块链的特定需求提供了量身定制的解决方案。

常见问题

问：最节能的共识机制是什么？

答：相比（POW）（POW），验证证明（POS）及其变化通常消耗的能量明显少得多。

问：哪种共识机制最适合可伸缩性？

答：没有单一的“最佳”机制来可伸缩。在某些情况下，DPO可以比POW或POS更可扩展，但它引入了集中化风险。混合方法通常旨在平衡可扩展性和安全性。

问：这些共识机制的安全程度如何？

答：每种机制的安全性取决于其特定的实现以及网络的规模和参与。由于其计算要求，POW通常被认为是高度安全的，而POS依赖于经济动机。

问：如果区块链使用共识机制，可以将其入侵吗？

答：虽然共识机制可显着提高安全性，但它们并非万无一失。可能的利用是可能的，尤其是如果算法的实现存在漏洞或网络的很大一部分被损害。

问：不同共识机制之间的权衡是什么？

答：主要的权衡涉及安全性，可扩展性，能源消耗和权力下放化。 POW优先考虑安全，但消耗了大量的能量。 POS优先考虑能源效率，但可能更容易受到大型利益相关者的攻击。 DPO可提高可扩展性，但风险集中。 PBFT具有很高的容错性，但在可扩展性方面挣扎。混合方法试图平衡这些权衡。