区块链突破不在技术？而是取决于…

与最近币圈萎靡状态不同的是，越来越多区块链应用加速进入落地阶段。

而区块链应用落地，表面上看来，是区块链技术层面的突破，然则，真正加速区块链进展的其实是“共识机制”的设计。

为何会如此？

还要从“共识机制”的演进中找答案。

拜占庭将军问题 VS 两军问题

一

拜占庭将军问题本质上是一个共识问题，产生于1982年一位美国计算机科学家Leslie Lamport的头脑中。这也是“共识问题”在历史上第一次真正、严肃地被提出并加以审视。

拜占庭帝国在攻打一个强大的敌国时，派出10支军队，分散包抄，同时攻击。但问题来了，这个敌国的实力足以抵御5支拜占庭军队的同时袭击，也就是说，拜占庭的10支军队中，至少要保证有6支军队能同时接收到正确的指令，采取袭击行动。

这些分散在敌国四周的拜占庭军队，只能依靠“信差”传递信息，协商进攻意向与时间。困扰将军们的一个问题，他们不确定是否有叛徒，叛徒们可能擅自变更进攻意向与进攻时间。

因此，在达成共识的过程中，有些信息可能并不代表大多数人的意见，那么，如何在已知有叛徒的情形下，其余忠诚的将军们达成一致的协议，这就是著名的“拜占庭将军问题”。

二

白军驻扎在沟渠里，蓝军分散在沟渠两边，只有沟渠两边的蓝军同时合力进攻，才有可能击败白军。而蓝军无法远程沟通，只能派遣信差穿过沟渠通知对面的蓝军协商进攻时间。

信差在传递信息的途中可能被白军杀死，或因军队距离不能在得到消息后及时回复，发送方也无法确认消息是否丢失，导致不可能达到一致性，那么是否存在一个使蓝军必胜的通信协议，这是两军问题，十分容易与拜占庭将军问题搞混淆。

需要注意的是，拜占庭将军问题和两军问题有着本质的差别，两军问题中，没有叛徒之说；而拜占庭将军问题中，也没有考虑两军问题，即，假定了一个大前提，信道是可靠的。

Lamport已证明，在分布式计算上，试图在 异步系统 和 不可靠的通道 上达到一致性是不可能的。所以，在研究拜占庭将军问题时，假定信道是没有问题的，在此前提下再去研究一致性和容错性。

区块链的雏形正是来源于构建一个可以完美解决“拜占庭问题“的容错系统。共识算法机制几经迭代，也只为找寻最完美的解决方案。

PBFT算法

1999年，Miguel Castro和Barbara Liskov 提出了PBFT算法，用于解决拜占庭将军问题。

PBFT，实用拜占庭容错算法（Practical Byzantine Fault Tolerance）。该算法在保证活性和安全性的前提下提供了(n-1)/3的容错性，即，节点数需要达到（3n+1）个，才能容错n个节点。

优点：

依靠严格的数学证明，具备(n-1)/3的容错性

缺点：

1. 网络节点不能太多，一旦过多，很容易造成整个网络严重堵塞；

2. 当1/3及以上的节点停止记账后，系统将无法正常运行。

POW共识机制

Proof of Work，工作量证明。该理念最早由Cynthia Dwork和Moni Naor 于1993年提出。可以简单的理解为“按劳索筹”，付出多少工作量，就会获得多少报酬。比特币就是采用的POW共识机制，通过计算猜测一个数值，解决规定的Hash问题。

该机制主要会消耗计算机三类资源：消耗CPU资源（例如比特币）、消耗内存资源（以太坊为了防止与比特币采用相同的共识机制造成51%攻击，采用了一种需要占用大量内存资源的POW算法）、消耗网络资源。

优点：

1. 该机制本身比较复杂，大大提高了攻击者攻击的成本；

2. 能鼓励更多的人加入进来，使得节点数量快速扩大；

3. 按劳索筹的挖矿方式，实现了相对的公平。

缺点：

1. 需要计算机提供算力，大量耗费电力能源，有违环保理念；

2. 矿机芯片从CPU、GPU、FPGA到ASIC的迭代，算力越来越集中，逐渐朝着中心化发展；

3. 随着挖矿成本越来越高，当高于挖矿收益时，旷工积极性便会降低，网络节点会减少。

POS共识机制

Proof of Stake，权益证明/股权证明。由一个名为Quantum Mechanic的数字货币爱好者于2011年提出，吸取了POW太多耗费算力的教训，POS比的是谁手持的币越多，挖到一个块的概率越大。以太坊采用的便是POW和POS的组合。

优点：

1. 节能；

2. 对计算机硬件无过高要求，人人可挖矿；

3. 避免紧缩，POS机制的加密货币会按一定的年利率新增货币，可以有效避免因为各种原因用户丢失货币造成的紧缩。

缺点：

纯POS机制的加密货币，只能通过IPO方式发行，这会导致富者越富，大量代币集中在少数人手中，也会容易变得更加中心化；

DPOS共识机制

Delegated Proof-Of-Stake，代理股权证明。针对前两种机制中存在的不足之处，2013年8月，BM在启动比特股项目中采用了DPOS共识机制，我们熟知的EOS也采用的是DPOS共识机制。

类似于企业董事会制度，将持币者称为股东，由股东选出一定数量的代表，代表们轮流产生区块，收益平分，若有代表不老实，很容易被其它代表和股东发现，不老实的代表会被立即踢出，空缺由排在他后面的代表取代。

可以说，DPOS同时兼具了中心化和去中心化。

优点：

1. 只有选举出的少数代表节点进行挖矿，进一步降低了能耗；

2. 采用所有持币者投票选举代表的方式，更加去中心化；

3. 更高的效率，中心化与去中心化的结合，使得效率有了很大的提升。

缺点：

1. 投票需要耗费时间精力，且还有一定的技能门槛，使得投票的积极性是个问题，大多数持币者（＞90%）从未参与投票；

2. 社区选举目前还未能及时有效的组织破坏节点的出现，存在安全隐患。

其它改进共识机制

我们可以看到，以上几种主流共识机制各有其缺点：PBFT的节点数问题、POW的能耗问题、POS/DPOS的中心化问题。

因此根据不同的区块链应用场景，在主流的共识机制上进行了各种改良与衍生。

一

NEO采用的dBFT共识算法（Delegated Byzantine Fault Toleranc），通过用户投票选出7个超级节点参与记账，普通节点可以看到共识过程，同步账本信息，但不参与记账。

二

以太坊的下一代POS共识机制：Casper（投注共识），属于POS，但又有不同，Casper的共识是按照块达成的，而不是如POS按照链达成的。

此外，Casper还设置有严格的惩罚机制，一旦同一个节点两次投注序号一样，或投注的序号无法让Casper合约处理，那么该节点将失去所有保证金。这样有效防止了恶意攻击网络行为。

三

POI，重要度证明共识机制（Proof of Importance)，通过使用账户重要性评分来分配记账权的概率。

四

POP，（Proof of Participation) 账户参与度算法，一种将POI和DPOS相结合的算法机制。

总结

区块链本质是一种分布式存储数据库，点对点去中心化网络。这种互联网技术早在比特币诞生之前就已存在。而比特币的设计中引入了POW共识机制后，才使得区块链技术的价值得到了最大化展现。

从共识机制的演进中，我们也能看到，区块链应用的每一次重大进展，与共识机制的迭代密切相关。

共识机制可以说是区块链的灵魂与核心，区块链的应用落地，最终突破点将取决于——共识机制。

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