比特币共识机制解释：拜占庭容错

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长期以来，大多数应用程序都使用传统的中心化数据库来管理其数据。应用程序可以读写由单个实体（即主实体）管理的集合数据库。但是这些系统存在一个主要缺陷：依赖单个实体会使数据库更容易遭受故障和攻击。

渴望真正去中心化的系统（例如区块链）不能使用这种模型来维护价值网络。相反，区块链需要创建Nakamoto共识，这是比特币使用的拜占庭容错共识算法。

在分布式计算系统中，即使系统的各个单独组件发生故障，也必须有一种方法使系统继续运行。在拜占庭容错的情况下，即使某些组件发生故障并且无法参与达成共识的过程，分布式系统也需要能够达成协议。

该名称源于“拜占庭将军问题”，该问题探讨了以下想法：一支军队在敌方城市的对立两侧组成两组。如果这两个团体中的一个要单独进攻敌方城市，那么敌方城市将能够击败他们。攻击操作成功的唯一方法是两个组同时进行攻击。

为此，负责两个分裂小组的两名将军需要及时达成协议，进攻敌方城市，但是，他们进行交易所的唯一途径是通过敌方城市派遣使者。因为使者必须穿越敌人的城市，所以任何一位将军都无法对自己的信息传达给对方充满信心。该信使可能会被俘获，并被另一个假信使代替，以误导其他将军。

就比特币而言，将军被需要达成协议的各个节点所取代。 Nakamoto共识使用工作量证明系统来解决此问题。

解决上述问题，并标记两个军队A组和B组。A组将军想发起一条消息，向B组发送有关袭击时间的信息。将军创建一个随机数（一个随机数）并将其附加到消息上，而不只是随消息一起在城市中发送信使并希望它能够成功传递。

然后，将合并的消息散列并发送给另一位将军。如果两位将军都同意哈希的某些组成部分（例如，哈希必须以一组特定的数字开头），则B组将军可以验证消息是否被敌方城市更改。如果敌方城市要更改消息并对新消息进行散列，则散列中的内容很可能不会像两位将军所同意的那样。实际上，此系统是对工作量证明算法的简化解释，在很大程度上防止了敌方城市能够人为地更改消息并导致有缺陷的攻击。

在比特币中，称为“矿工”的特殊节点可解决寻找随机数的密码难题，以便在将区块的内容与随机数哈希在一起时，它符合特定要求。找到随机数后，节点可以将带有事务的块发布到网络，以供其他节点验证并添加到区块链。每个区块的哈希还包括前一个区块的哈希，因此每个区块都以链状连接（这就是区块链名称的来源）。

为了激励矿工进行建立网络安全性的过程，第一个发现现时并发布区块的矿工将获得新创建的比特币奖励。目前，矿工可以获得12.5 BTC的奖励，但到2020年5月，奖励将降至6.25 BTC。这被称为比特币区块减半，每四年发生一次。

⇒此处查看工作量证明币列表

工作量证明系统并不完美。 51％的攻击是指一组矿工控制了比特币网络50％以上的挖矿哈希率，从而使他们可以控制比特币区块验证。

这意味着他们可以阻止用户创建交易，并可以自己花费比特币两次。 2014年，一个矿池Ghash.io短暂超过了50％的哈希率，导致他们承诺将来不会超过比特币网络的39.99％的哈希率。

就能源消耗而言，比特币的工作量证明也非常昂贵。比特币网络的碳足迹总量可与整个新西兰的碳足迹相媲美。随着全球变暖日益严峻，比特币的碳足迹必须由更大的区块链社区来解决。

工作量证明共识的一种主要替代方法是权益证明模型。在此模型中，用于挖矿新区块的计算能力被一个持有的硬币数量所取代。基本上，一个人愿意“质押”的硬币越多，它们的挖矿能力就越大（尽管还有其他一些因素，例如质押的年龄，将质押的硬币数量和放过这些硬币的时间相结合的计算）。

通过将“伪造”（权益证明系统经常使用的“地雷”的替代术语）所需的计算能力降至最低，权益证明可以有效地解决能耗问题。

此外，要在权益证明系统中进行51％的攻击，单个实体将需要获取所质押金币的51％，这对于规模区块链来说是非常不切实际的。股权证明还使攻击在很大程度上不切实际，因为它可能会降低攻击者持有的多数加密的价值。结果，在这种情况下，攻击者将损失大量价值。

⇒请参阅此处以获取权益证明硬币清单

中本聪共识是发展像比特币这样的加密的关键一步。拜占庭的容错能力和工作量证明使去中心化的价值网络和安全性成为可能。但是，工作量证明并不完美，比特币和其他加密货币社区将从更新共识机制（例如权益证明）中获益。

封面图片由Dmitry Demidko拍摄于Unsplash

发表于：比特币，挖矿

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