区块链共识算法 在区块链系统中发挥着不可或缺的作用。 它不仅确保网络的安全，还有助于确保区块链操作的去中心化。如果您对加密货币市场感兴趣，您可能知道比特币和之前市值第二的以太坊都使用了工作量证明算法。 但为什么以太坊会实施 The Merge 2.0 并完全转向 PoS 算法呢？
区块链共识算法 是什么呢？ 有哪些类型的算法？ 目前区块链常用什么类型的算法？ 这些共识算法的机制有何特别之处？ 让我们在下面的文章中探讨共识算法的类型。
区块链共识算法是什么？
区块链的共识算法在确保区块链上生成的交易的准确性、诚实性和透明性方面发挥着关键作用。基本上，区块链网络是通过连接多个节点来创建的，为了将交易添加到区块链，它必须得到网络中所有节点的批准。
在某种情况下，如果数据块发生更改或受到干预，区块链系统将检查并将其与其他数据块中的数据进行比较。如果发现差异，系统将拒绝交易并不允许其添加到区块链中。这显示了区块链是如何设计来抵制非法更改数据的。
共识算法在区块链网络中扮演了不可或缺的角色，它是确保区块链的去中心化和安全性的核心要素。最初，工作量证明（PoW）是比特币中主要使用的共识机制，但随着时间的推移，出现了许多不同的共识机制。其中，权益证明（PoS）是最常见的一种共识机制之一。
要深入了解区块链的结构和运作方式，您可以通过以下文章进行更多的研究。
区块链为什么需要共识算法？
共识算法是每个区块链的重要组成部分，这是因为需要保持网络功能的去中心化。 区块链不依赖于单个个人或组织来管理系统，而是允许任何人通过成为网络中的节点来参与。
共识机制是区块链的特殊保护层，保证数据完整性，防止黑客进行欺诈交易。 得益于共识机制，区块链上的每一笔交易都经过网络上许多独立节点的验证。
如果共识机制经过精心设计，稳定且安全，任何一方都没有机会渗透或攻击区块链系统。 随着节点或验证器数量的增加，区块链的安全性和去中心化程度也会提高。 这有助于确保比特币和以太坊这两个突出的例子仍然是迄今为止最安全和去中心化的区块链。
了解流行的共识算法
工作量证明 (PoW) — Proof of Work
工作量证明（PoW）是区块链中使用的第一个共识算法，并与世界上第一个加密货币比特币相关联。
通过 PoW，网络中的节点使用计算机能力来解决问题以创建哈希码。 第一个解决这个问题的节点将获得 BTC 奖励，并有权验证交易。 这个过程称为“挖矿”，参与的节点通常称为“矿工”。
当节点解决问题并确认交易时，该交易也会被网络中的所有其他节点检查和确认。 如果答案被接受，交易将被添加到区块链中，使区块链易于验证和同步。
PoW 产生了许多限制，包括消耗大量电力以及必要的计算机硬件的高成本。 PoW 区块链上创建和验证区块所需的时间也相当长，使得该算法效率低且消耗资源，甚至会对环境产生负面影响。 PoW 一直与比特币（BTC）和以太坊（ETH）密切相关，是区块链历史的重要组成部分。
权益证明 (PoS) — Proof of Stake
权益证明 (PoS)，也称为权益证明，是一种流行且广泛使用的共识算法机制，特别是因为以太坊是第一个使用它的区块链。 PoS 与工作量证明 (PoW) 的不同之处在于不需要参与节点的计算能力。 相反，PoS 要求参与节点抵押一定数量的区块链原生代币，以获得参与验证和区块创建的权利。
区块链通常会设定作为验证者参与所需的最小代币数量。 例如，要成为以太坊上的验证者，用户需要抵押至少 32 ETH（在撰写本文时价值约为 3.3 万美元）。 这个数量的代币起到了保证节点诚实运行的作用，如果节点离线时间过长或者有欺诈行为，根据违规程度，质押的代币可能会被没收甚至完全丢失。
PoS 网络中的验证者节点接收交易费用作为奖励。 当交易发生时，验证者会被随机选择进行验证，他们所质押的代币数量会影响选择率。
PoS 比 PoW 更具成本效益、更环保，并且简化了成为验证者节点的过程，无需复杂的硬件设备。 它已成为许多区块链的热门选择，例如 Cosmos (ATOM)、币安币 (BNB)、Ontology (ONT) 等。
委托权益证明 (DPoS) — Delegated Proof of Stake
委托权益证明 (DPoS)，也称为委托权益证明，是权益证明的演进版本。 与 PoS 相比，DPoS 的特点是代币持有者和网络运行节点之间的直接交互。
代币持有者将投票选出一些专业节点来管理和维护网络，而不是像 PoS 那样让网络随机选择验证者。 作为对他们工作的奖励，代币持有者将分享一部分奖励，同时确保网络的安全。
在每个区块中，随机选择一些委托人（参与选举的代币持有者）来进行交易验证。 DPoS 的验证器数量也有限，通常为 10 到 100 个节点。 与传统 PoS 相比，这提高了网络速度和性能。
DPoS 通过定期、持续的投票来确保诚实和公平，并在验证者选择过程中始终保持随机性。 这有助于确保当选者是负责任的个人，并且没有压倒性的外部利益。 使用 DPoS 机制的一些著名项目包括 Cosmos (ATOM)、EOS (EOS)、Tron (TRX) 等。
历史证明 (PoH) — Proof of History
是 Solana 推出的一种新型共识算法。 PoH 的特别之处在于它使用交易时间数据作为确定区块排序的主要参考源。
通过 PoH，Solana 网络上的验证节点能够创建下一个区块，而无需等待整个网络的协调。 历史证明不依赖逻辑计算，而是使用先前的输出数据作为输入来创建下一个块。 该算法有助于解决去中心化网络中的定时问题，其中时间同步成为一个挑战。 Solana 开发 PoH 是为了提高网络性能并确保去中心化环境中的数据完整性。
权威证明 (PoA) — Proof of Authority
权威证明 (PoA)，也称为授权证明，是一种基于信誉的共识算法。 在 PoA 中，验证交易块的验证者不是根据他们持有的代币数量来选择的，而是根据他们的声誉来选择的。
PoA 网络的验证器数量有限，这使得算法具有可扩展性。 PoA 网络上的交易由经过挑选且信誉良好的验证者进行验证，他们是系统的监管者。
权威证明非常重视声誉，确保参与验证者角色的人是值得信赖的个人或组织。 这使得 PoA 成为物流和供应链相关应用的合理选择。
虽然 PoA 以去中心化换取性能和可扩展性，但该模型适用于需要效率和可靠性的中心化系统。 权威证明由以太坊前 CTO Gavin Wood 于 2017 年首次提出，此后被许多项目使用，如币安智能链（BNB Chain）和其他交换链如 HECO、OKExChain、Gatechain、Cronos……
贡献证明 — Proof of Contribution
贡献证明监控和评估网络中所有验证者的行为，并根据他们的贡献水平对他们进行排名——一种类似于社会信用体系的机制。 用户的声誉是根据他们所质押的代币数量和历史交易活动来评估的。
在加入网络之前，用户必须存入一定数量的资金，称为保证金。 完成计算后，结果正确的节点将获得交易费用以及结果错误的节点质押的代币奖励。
拜占庭容错机制 (bft) – Byzantine Fault Tolerance
拜占庭容错机制本质上是一个高度技术性的算法（像其他共识算法一样）。一般来说，加密货币项目所采用的拜占庭容错机制是通过允许将军（节点）分别管理一条链，并在彼此之间共享消息用来确保正确的交易记录和每个节点的诚实性。
比较突出的是，拜占庭容错机制被用于瑞波（验证节点由瑞波团队选出）和恒星币（任何人都可以当验证节点，信任节点由社区共识产生）。
拜占庭容错机制的优势在于可扩展性和低廉的转账费用，但是和委托权益证明一样，引入了部分中心化。
新兴的共识算法
正如前面所提到的，共识算法和交易验证的问题非常困难，并且非常微妙。目前有更多新的共识算法提出不同的权衡方案，并且可能会替代当前所使用的共识算法。
目前，dag正受到越来越多的关注，并且为可扩展性提出一个可靠的潜在解决方案，Hashgraph，Tangle和Block-lattice是最近受到关注的三种实现方式（同样，即将推出的更多内容- 并非所有关注都是正面的）。
总结
共识算法在区块链的结构中发挥着不可或缺的作用。短时间内，共识算法必须在可扩展性和中心化之间进行权衡。随着不断发展，未来可能会带来更多更优越的算法来满足用户日益增长的需求。 这也可能导致当前使用的算法的替代，例如权益证明。 始终通过信息源了解新型算法，这样您就不会错过该领域的重要变化。
