特别说明:本系列知识课程是我在 2019 年初撰写用于内部分享,观点若存在疏漏有误欢迎指正;本系列知识分享目的是通过白话形式让更多人了解区块链底层知识。

当下,我们生活所处的社会乃至各个行业都会形成一定的共识规则,大家只有遵循规则才能获得相应的回馈,就像如果我们不工作或是不创业,那么我们也就无法为公司、组织或者社会创造价值,自然公司、组织和社会也不会对我们有任何奖励,再者甚至如果我们没有其他的经济来源的话,可能直接面临的就是生存问题了,因此可以说这是一个很简单经济学问题。那么回到区块链行业,我们知道,区块链作为一个点对点的分布式数据库结构的网络账本,它们依然也要遵循经济学的原理,以此让每个网络节点之间形成一个「价值」层面的共识,否则也是没法形成激励带动整个区块链网络的安全运行。

好,那么本期我们就来学习区块链的几个重要「共识」机制:PoW、PoS、DPoS,所谓「共识机制」其实很好理解,即是大家共同认识认同的一种机制。

PoW

首先呢,我们最熟悉的比特币目前已经运行 10 年了,它采用的则是最早且成熟的 PoW 机制,PoW 是 Proof of Work 的缩写,翻译为:工作量证明机制,这就很好理解了,你可以理解为「谁为此工作,我奖励谁!谁工作的多且效率高,我奖励的多」,就像我们本文第一段提到的你付出了才会有收获,这也是比特币的挖矿规则。

那么在比特币的世界里,肯定不可能是真的挖矿,它采用的是通过计算机的 CPU、GPU、FPGA 甚至当下专业的 ASIC 矿机进行算力贡献和哈希计算,谁的算力多自然挖到比特币奖励成功率也高,当然算力的增加自然也代表计算机或是显卡、矿机能耗的增加,能耗就代表电力的消耗,这也是为什么比特币随着用户量的增加,其电力消耗和挖矿成本越来越高的原因,因为在以往可能个人就能挖到比特币,但是目前比特币的挖矿效能很多都掌握在很多矿池节点(个体如果设备不多的话仍需加入矿池节点才能有效分配到,不过在法律允许的地区人人都能参与)和矿场们手里,因为他们手里掌握了大量的矿机和算力,能够更高效率进行哈希计算。

我们知道,大量的算力倘若掌握在过于集中的话,那么区块链的去中心化程度便受到一定的影响,自然也会威胁到区块链的安全,因为我们知道区块链的分布节点越多越安全,攻击的成本也越大。关于算力集中,这也是比特币一直以来,比较备受诟病的地方,因为单个节点一旦算力超过 51% 的话,就可能会造成「双花攻击」,所谓双花攻击,就是同一笔交易消费两次或多次。

当然,这种攻击的成本基本也是十分巨大的,因为从经济收益的角度考量,如果说攻击者的成本大于或等于获利的话,是否值得攻击又是另外一种决定了;并且如果一旦造成双花攻击,比特币的安全性受到威胁,价格方面自然要暴跌,对于既得利益者的攻击者或黑客来说能否获利也是难以估计的。不过比特币的经济学设计中,也有一处巧妙的设计或许可以对冲这方面的风险,因为我们知道挖矿的竞争力十分之大,矿工与矿工的竞争也非常之大,那么比特币的网络可能就会随着竞争的激烈就会被保护的更好,因为人性是贪婪的,资本也是逐利的,所以这是否是不失为一种「平衡」两者之间的方案呢?毕竟对于世界万物来说,任何的事和物都没有绝对安全的方案。不过虽然概率极小,但未来不可估测,这仍然需要投资者和开发者团队的警惕,因此对于采用 PoW 共识机制的比特币们来说,分布节点越多,安全性也就越高。

PoS

我们继续来说 PoS 共识机制,这个 PoS 不是 POS 机那个哈… 它是 Proof of Stake 的缩写,翻译为:权益证明机制。这个是什么意思呢,它不需要拼挖矿设备的性能和算力,更不会像 PoW 消耗那么多的电力和能源,采用 PoS 机制的公有链平台,只要你加入其全节点网络,成为其中一个节点并进行哈希运算竞争记账,帮助其交易进行打包出块就可以获得记账权奖励(可以说是所谓的挖矿,但严格意义并不是,你可以这样理解,因为目的都是获得奖励),那么没有门槛吗?有的,即你需要持有相应 Token,你持有了相应的 Token 就代表你拥有相应的权利和收益,你持有的 Token 越多,你的权利就越大,获得出块的奖励的几率也越多。

不过,获得记账权和出块奖励还有一个重要的算法因素——即你所持有的「Token 年龄」,持有的时间越久挖矿难度也就会随之呈正比下降,当下 PoS 机制下评判你的「算力」(哈希运算竞争记账的能力)多少,有一个公式就是你 Token 数量 x 持有天数= Token 年龄,譬如你拥有 100 个 Token,持有了 5 天(每天为 1 个 Token 年龄)那么你的「算力」就有 500,一旦当你获得出块奖励,你持有的 Token 年龄便会自动清零,重新开始。届时会以你新的 Token 持有总量重新开始计算持有天数,以此类推。

采用 PoS 共识机制的好处就是不用消耗大量的电力,在这里谁持有的 Token 越多(谁有钱),谁的权利也就越大,获得的激励也越多。在这个领域,像 Nxt、Cardano、Qtum 这些公有链采用 PoS 的共识机制。

DPoS

DPoS 是 Delegated Proof of Stake 的缩写,翻译过来可以理解为权益授权证明机制,或是股权授权证明机制,相比 PoS 共识机制,DPoS 多了一个 D, 也就是授权的意思。那就很好理解了,DPoS 采用的是一种投票机制,持有 Token 的人都可以投票,选举一定数量的节点作为代表,这就像我们比较熟悉的全国人民代表大会或是董事会一样,选举一定的代表出席会议,完成相应提议。

比如著名的公有链平台 EOS 便是采用的 DPoS 共识机制,它会根据投票选举产生全球 21 个主节点作为代表和 100 个备用节点,进行记账完成出块,以此获得奖励,且节点会分发一定比例的奖励给予支持该节点的 Token 持有者。

关于采用 DPoS 共识机制有人可能会说,这样会不会有些不够去中心化了,倘若有些节点之间联合作恶,会造成区块链网络的安全隐患吗?因此这也是争议较大的地方,当然和上面提到「双花攻击」的经济学原理一样,是否是一次入不敷出的攻击也是作恶者值得思考的问题,不过这种问题仍要引起足够的注意,以面对各种不可预测的未来,同时也期待采用 DPoS 机制的区块链项目会有相应的解决方案。但是有一些值得肯定的是,采用 DPoS 机制的公有链其交易性能效率大幅度提高,甚至未来可能会满足商用的要求。

总结

通过本篇文章的介绍,相信多少你会对 PoW、PoS、DPoS 共识机制有一个全面的认识了,也相信你多多少少会被这些巧妙的共识机制设计背后的经济学原理所为之感叹!是的,相信每一种机制设计的背后,都是对人性的把控。

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