区块链共识算法的比较指南：PoW vs PoS

区块链技术的去中心化分布式网络创造了一个没有腐败的系统，并提供了更高的安全性、透明度和不可变性：这一点您已经知道了！但是，您是否曾经问过自己一个没有中央权威的系统是如何治理的，以及如何对交易进行验证的决策是如何做出的？

区块链技术最重要的承诺之一是建立一个不需要信任的点对点系统，社区协助验证交易是否真实。但是，您是否曾经想过具体是如何实现的？不同的区块链使用称为区块链共识算法的不同方法。

也称为共识协议，这些算法是网络运行的一套规则。如果这听起来有趣，请阅读我们全面的指南，了解区块链共识算法是什么，它们的目标是什么，它们如何工作，以及当今使用最广泛的两种算法之间的区别。

区块链的工作原理

blockchain是一种无法更改或入侵的信息记录系统。也称为分布式账本技术（DLT），区块链使用去中心化的加密哈希来创建数字资产的安全和透明的历史记录。

虽然区块链运行在一个更复杂的系统上，但是这个类比在某种程度上解释了它的工作原理——区块链的最简单示例是Google文档。您可以通过Google文档共享和分发由团队创建的任何文档，而不是复制和传输它们。

Google文档使用了分布式分发链，使得所有团队成员都可以同时访问文档。文档上所做的所有更改都会实时记录下来，且透明可见，因为没有成员被锁定在外。

链上的每个区块都包含了多个交易。每当用户在区块链上添加新的交易时，交易记录会被添加到所有参与者的账本中。

同样地，每当用户更改链上的一个区块时，所有参与的计算机会看到变更已经发生。任何打算破坏系统的恶意攻击者都必须修改整个链上的所有区块。

什么是区块链共识机制？

共识机制是一种无需上级中央权威的人群通过达成决策并确保遵守协议的公式。区块链共识算法是指区块链网络中的用户或节点如何就区块链的实时状态达成一致意见或共识的过程。

共识协议使区块链网络能够实现可靠性，并在分布式账本中建立信任。共识算法成为区块链应用程序或项目中的一个重要组成部分。

区块链共识机制通常负责以下三个方面：

• 确保链上的下一个区块是唯一正确的真相。
• 防止恶意攻击者获得51%的哈希算力，篡改系统并成功分叉链。
• 保证网络的可靠性，包括多个节点，这是最重要的方面之一，因为它证实了网络的完整性。共识机制最关键的要素之一是确保用户不会同一加密货币花费两次（双重支付）。

像信用卡和借记卡公司这样的其他金融服务提供商没有运行共识机制，因为与区块链公司不同，这些公司控制着自己的网络。每当您使用他们的信用卡时，系统将信息发送到中央数据库。信用卡用户相信公司在交易过程中可以保护他们的数据和订单流程。

由于只有信用卡公司控制其整个网络，他们保留撤销或审查任何交易的权利。除了审查权利和无法解决争议之外，大多数中心化数据库极易受到黑客攻击和腐败的风险。

进入区块链和加密货币时代后，我们可以在分散网络中进行可信、不可变和可追溯的点对点交易。由于在这些网络中没有中央或上级机构强制执行既定规则的义务，不同类型的区块链共识算法确保网络中的每个参与者都同意并按照规则进行操作。

区块链共识机制的目标

以下是区块链共识机制的主要目标之一。

#1. 统一协议

达成统一协议是共识机制的主要目标之一。嵌入在区块链分布式网络中的协议确保过程中输入的所有数据都是真实准确的，账本状态保持最新。因此，用户可以在不必与同行建立信任的情况下进行交易。

#2. 创建共同的经济刺激

由于区块链是一个自我调节的无信任系统，所有参与者的利益必须保持一致。在这种情况下，区块链共识算法奖励那些遵守规则的人，并惩罚不良行为者，同时调控经济激励。

#3. 公正和平等

共识协议确保所有感兴趣的用户都可以使用相同的基础参与网络。因此，它证明了区块链系统的去中心化和开源性质。

#4. 消除故障

共识机制还确保区块链一直保持一致、可靠且无故障，这意味着系统可以在任何时间独立工作，包括在故障和威胁下。

区块链共识算法的类型：工作量证明 vs 权益证明

区块链生态系统中存在许多共识算法，还有许多正在开发中。因此，每个用户或企业家都必须熟悉不同共识机制的特点，并知道如何识别不良机制。在了解了区块链共识算法的基础知识之后，现在是时候了解最流行的两种共识方法的优缺点。

工作量证明 (PoW) 和 权益证明 (PoS) 是最广泛使用的区块链共识方法。两者都在没有中央机构的情况下管理点对点交易的验证和添加到区块链的公共分布式账本的过程。了解 PoW 和 PoS 之间的区别可以帮助您轻松评估您的加密货币投资组合。

什么是工作量证明 (PoW)？

工作证明共识机制于上世纪90年代初首次推出，以应对链接_3。其背后的想法是，在计算机发送电子邮件之前，需要进行一些少量工作。虽然这项工作对于发送合法邮件的任何人来说都是微不足道的，但对于那些打算发送大量邮件的人来说，它需要大量资源和计算能力。比特币的创始人中本聪是第一个在比特币白皮书中应用数字货币技术的人。

a.区块链排序

你已经知道，区块链由一系列按时间顺序排列的交易组成的。基于工作证明的区块链的第一个区块被硬编码到软件中，称为区块0或创世区块。虽然第一个区块不引用任何先前的区块，但进入区块链的所有其他区块都必须引用先前的区块。每个区块都携带着更新后的总账的副本。

b.能源使用

工作证明算法使用竞争赛来确定参与者(link_4)中可以调整总账的人。矿工必须使用计算能量来符合网络的规则，以提出有效的区块。

运行比特币软件的计算机，称为节点，验证交易，防止双重花费，并确定任何提议的区块是否应该加入链中。比特币矿工互相竞争，通过哈希过程求解复杂的数学问题，以获得创建新区块的机会。这些数学问题很难求解，但网络可以轻松验证正确的解决方案。

c.参与

工作证明共识方法将计算能力与密码学相结合，以建立共识并验证记录在区块链中的交易。参与哈希过程的矿工必须生成正确答案以解决数学问题，以符合添加新区块到链中的条件。

参与的矿工将猜测一串伪随机数，当与区块中的信息相结合并通过哈希函数计算时，必须得到符合算法事先设定条件的解决方案。

一旦得到答案，系统会将获胜的哈希广播到网络中，以便其他矿工可以验证其有效性。如果其他矿工验证哈希，区块将被添加到区块链中，成功的矿工将通过区块奖励获得补偿。

d.奖励分配

在网络中被接受为有效的挖掘出的区块的人将获得区块奖励，通常是一种新的加密货币。对于比特币等加密货币，区块链会在创建一定数量的区块之后系统地减少区块奖励金额，以保持总资金金额有限并链接_5。

什么是权益证明（PoS）？

权益证明（PoS）共识方法是在2012年首次推出的工作证明的修正版本。权益证明共识协议的目标不仅仅是依靠计算机之间的竞争来创建正确的哈希，而是允许通过持有特定加密货币来参与。其目的主要是解决工作证明的高能耗问题以确定区块链排序。

权益证明算法使用一组预定的因素来伪随机选择一个节点，以提议下一个区块添加到区块链中。被选中的节点的任务是验证区块内的交易的有效性，以及对区块进行签名和提议，以供区块链验证。

a.区块链排序

与PoW机制类似，PoS共识方法由一系列按时间排列的区块组成。基于PoS的区块链中的第一个区块也被硬编码到创世区块软件中。向区块链中添加的所有后续区块必须引用前一个区块并携带更新的总账本的完整副本。然而，与PoS方法不同，参与节点不会竞争以获取选择添加区块的机会。因此，新区块通常是被锻造或铸造出来的，而不是被挖掘出来的。

b. 能源使用

基于PoS的区块链以一种节能系统而闻名，该系统用于决定谁可以提议新区块，而不依赖于高能耗和计算能力。PoS共识机制的支持者将其称为一种环境友好的机制，其中一个单独的节点被分配创建新区块的任务，而不是互相竞争。

由于PoW挖矿和PoS铸币都需要能源消耗，挖矿和铸币节点受到激励使用最廉价的电力形式，这往往来自可再生资源，如水力发电、风力或太阳能，而不是燃煤等排放源。

尽管PoS矿工只需要一个活动的互联网资源，它需要消耗少量的能源，但PoW矿工必须获取专门的硬件（GPU）等昂贵设备才有机会产生一个区块。

c. 参与

要参与PoS共识方法并有机会被选中添加区块到链中，用户需要在特定的智能合约中冻结或锁定一定数量的区块链代币。您被选中参与的机会由您抵押的加密货币数量决定。

行为恶意或违反规定的用户可能会因此失去他们的抵押资产作为惩罚。PoS算法采用了其他几个决定因素来避免只偏向最富有的节点，其中一些因素包括纯随机化或一个节点抵押代币的次数。

d. 奖励分配

与PoW共识机制类似，成功提议一个有效区块的用户将获得一个区块奖励，即该区块链的加密货币。然而，由于币的拥有权决定了选择，一些加密货币交易所提供代币抵押服务，以代表用户进行抵押，并获得定期回报。

PoW与PoS：未来属于谁？

我们对工作量证明与权益证明区块链共识算法的评判是，它们以不同的方式工作来实现相同的目的。然而，由于权益证明在市场上仍相对较新，对哪种算法是绝对优胜者进行评判可能是不公平的。

PoW一直是大多数原始区块链（如比特币和以太坊）的传统共识机制。然而，以太坊正在采用一种新的PoS协议，以展示这种新兴共识方法的潜力。

PoW共识机制经受住了时间的考验，并证明了它作为保护区块链的一种方式。然而，它对网络的可扩展性产生了负面影响，对交易产生不利影响。如今，个人很少有机会进行挖矿，因为具有巨大计算能力的大型中心化挖矿组织已经接管了挖矿，使相关成本难以持续。

另一方面，PoS算法更节能，其下的网络享有更高的可扩展性和更高效的交易。然而，该机制对参与者抵押的加密货币提供的安全性较低。

结论

权益证明（PoS）出现是为了解决工作量证明（PoW）机制中的缺陷，并且在能源效率方面取得了显著进展。然而，考虑到比特币仍然使用PoW机制，而以太坊则朝向PoS机制发展，这两种区块链共识算法都可能在可预见的未来得以存在。

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