共识:或你应该知道的共识类型

当在某些上下文中提到术语“区块链”时,它通常与复杂术语“共识算法”携带。大多数读者甚至都不想去研究共识算法是什么。实际上,大多数人甚至不知道在区块链上下文中使用什么算法。尽管如此,仍然存在数十种算法,其中大多数都用于区块链世界。

达成共识的想法正在就问题达成统一立场。在计算机科学中,共识与共识问题有关。分布式计算和多代理系统中的基本问题是在存在许多故障过程的情况下实现整体系统可靠性。这通常要求进程就计算期间所需的某些数据达成一致。区块链受到同样问题的困扰,科学家和程序员已经想出解决问题的方法。

本质上,算法是实现特定结果所需的一系列分析,编程和必要步骤。共识算法ergo意味着采取必要的行动以就单个问题达成一致。在区块链世界中,单个问题意味着所有网络参与者就计算块进行协议,因此可以对其进行哈希处理。

在区块链世界

在区块链方面,共识算法可以将多个结果作为所有网络参与者的主要目标。该算法最常见的用途如下:

  • 协议:共识机制收集来自网络参与者组的所有协议。
  • 协作:该小组的每个成员都希望达成一个更好的协议,以符合整个集团的利益。
  • 合作:每个人都作为一个团队的一部分工作,并将自己的利益放在一边,以获得更大的利益。
  • 平等权利:每个参与者在投票过程中都具有相同的价值。在这种方法下,每一票都很重要,因为即使没有一票,也不会达成共识。
  • 参与:网络内的每个人都需要参与投票过程。没有人会被排除在外或者可以不参加投票,因为这将阻止算法的运作。
  • 活动:该小组的每个成员都同样活跃。所有参与者平均分担小组的责任。

类型

事实上,目前有超过30种类型的共识算法可用。最常见的是以下内容:

  • 验证的工作
  • 验证的桩号
  • 委托证明
  • 验证的权威
  • 拜占庭容错
  • 委托拜占庭容错(dBFT)

等等等等。该列表可以无限制地继续使用,但事实仍然是这里提到的所有算法以及所有其他不适合给定材料的算法都具有同样重要的目的,这些目的围绕达成共识。唯一改变的是他们用来实现它的方法。

名人堂

当然,最流行的一致性算法类型是工作证明和证明合并,它们与区块链一起作为长子出现。

工作证明是区块链上最古老的共识类型,自2003年初以来,随着比特币的诞生一直存在,并且自2009年以来一直处于测试阶段。虽然不是新的,但该算法与中本聪一起获得了新的生命。根据他提出的方法,区块链的参与者(矿工)必须解决一个复杂且完全无用的计算问题,因此可以将一块交易添加到区块链中。这种方法的问题很多。它速度慢,功率密集且对环境不友好,并且易受规模经济影响。

接下来是Stof-of-Stake概念。这种方法作为后一种方法的替代方案出现,并提出不是使用挖矿来提取块,网络的参与者需要在系统中以硬币的形式存在一些能够参与该过程的质押。拥有10%的股份可以使下一个区块的开采概率达到10%。利益所有者拥有的硬币越多,他们提取该区块的机会就越大。这种方法也存在缺陷,因为它容易产生无关紧要的问题。然而,它的能耗更低,不易受规模经济影响,更能抵御攻击。

无论采用何种方法达成共识,问题仍然大致相同,并且从一方到另一方回应。所有共识模型面临的最大问题如下:

功耗是迄今为止区块链操作的最大问题。例如,比特币每秒有200亿个哈希值。这需要巨大的电力,目前还没有廉价的能源替代品来满足现代区块链的能量需求。

矿工的中心化是PoW网络的另一个问题,因为大型制造商可以开始需要更多的电力来运营,并试图改变挖矿系统中的规则,甚至发布新的规则来满足他们的需求。结果是去中心化网络中的中心化。如果中心化成为现实,那么系统就不再是区块链,而且没有共识意识。

对网络的攻击仍然很受欢迎,黑客也不会去任何地方。 51%的攻击是可行的,并且无法保证它不会发生。如果攻击者持有质押,那么只有时间和计算能力才能控制超过一半的所有节点并将网络转变为自己的赚钱机构。

在新的

已经彻底检查和研究了先前的一致性算法的问题,以允许程序员达到新的共识模型。

区块链最新和最有前景的模型之一是协议证明,这是Credits平台采用的另一种共识算法。这是一个相当简单的概念,起初似乎很复杂,但在达成共识方面是有效的。协商一致的整个过程包括交易的形成及其在网络节点之间的分配和周期性轮次执行,其中可信节点(TN)被授予进行共识的权限,这导致共同的解决方案,包括块中的事务及其生成。事务包包括有序数量的事务(最多500个),并给出一个包含使用Blake2s算法计算的哈希的头。一旦节点收到圆桌中包含的事务包列表,它们就会开始检查本地缓冲区中这些包的可用性。如果缺少某些软件包,则启动同步过程。节点从其邻居节点请求丢失的包,并且如果这些节点上的包也丢失,则这些邻居从其邻居请求包,并且重复该过程直到找到丢失的包。所有可信节点上的圆桌会议中包含的所有事务包的可用性是开始轮次的条件。在所有网络节点释放事务包并相互交易所之后,需要选择负责共识执行的节点,并且这些节点必须验证事务并生成块。简单有效的块形成以及所有节点的完全参与以及在公共网络中实现的可能性就是这样的共识算法的全部内容。

下一个有希望的算法是Facebook的LibraBFT Consensus算法。 LibraBFT改进了HotStuff并使其适应更广泛的用途。 Libra是一种拜占庭容错类型一致性算法,它基于HotStuff,是一个为Libra区块链设计的强大而高效的状态机复制系统。 LibraBFT是对HotStuff的一种增强,它实现了Pacemaker机制。它包括活跃度分析,其中包括对交易承诺的具体约束。在LibraBFT中,这些进程称为Validators。后者中的每一个都在轮次中工作,每个都有一个称为领导者的指定验证器。领导人提出了新的阻止,并从验证人那里收到关于块生成提案的签名投票。轮次只是与单个指定领导者的沟通阶段,领导者的提议被组织成使用加密货币哈希的链。当一轮发射时,领导者会提出一个区块,扩展其拥有的最长链条。如果提案有效且及时,则每个诚实节点都会签名并向领导者发送投票。一旦有足够的票数达到法定人数,领导者就会将投票聚合成一个法定人数证书(QC),再次扩展同一个链,并将QC广播到每个节点。如果领导者未能组装QC,那么参与者将进入下一轮。

到目前为止,Libra区块链已作为许可网络推出。创始人确认者包括Uber,Visa,MasterCard,PayPal等公司。所有创始人都遵守严格的指导方针,成为早期的验证者。例如,加密货币对冲基金需要拥有超过10亿美元的资产管理规模,而以数字资产为重点的托管人必须存储至少1亿美元。非加密货币公司需要拥有超过10亿美元的市值或超过5亿美元的客户余额。

另一个共识算法是经过时间的证明,它是由英特尔于2016年初发明并由Hyperledger Sawtooth 1.1成功测试的。操作原理相当简单,因为网络中的每个节点都等待随机选择的一段时间。经过等待时间的第一个节点赢得发出下一个块的权利。网络中的每个节点生成随机等待时间间隔,并以睡眠方式停用指定时间。唤醒的节点和等待时间最短的节点将新块添加到区块链并在整个网络中传输数据。重复该过程直到找到下一个块。这种算法的优点是参与成本低,合法性验证简单,控制验证和选举成本低。还有一些缺点,例如对专用硬件的需求以及对公共网络无用的事实。

总而言之

各种一致性算法使区块链具有多种用途,适用于各种应用和结构。虽然容易受到攻击,但通常很麻烦且能量效率很低,但区块链仍然存在,并且只有时间问题,直到一个或另一个算法在竞争中击败其他算法才能提高效率。也许,在一长串模糊和不太知名的算法中的算法之一将是在不久的将来取消PoW和PoS的算法。

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