1、pos機制的起源與設計理念

POS起源

2012年，背景是POW進淪為資本玩家的玩具，算力過于中心化，隨時都有被“51%攻擊”。

開放者Sunny Kind第一次提出了POS（股權證明）的概念，與POW是完全不一樣的。

POS不用大量的算力來維持網絡安全，只要參與者打開自已的錢包在線增加權重，獲得相應的獎勵也就是利息。

POS的設計理念

我們應該都知道，比特幣的區塊產量每四年就會減半，這樣區塊的產量將會越來越少，礦工就會“曠工”，因為賺到的越來越少。

那么，人數少了，比特幣就可能被一些高算力的人所掌握，數字貨幣網絡將會癱瘓。

POS解決方法:并非所有的區塊都是靠挖礦得來的，只要打開錢包客戶端程序，就能發現區塊，也可以得到利息，這樣就會有一個引流的效果。

POS機制可以描述成一種虛擬挖礦。鑒于POW主要依賴于計算機硬件的稀缺性來防止女巫攻擊，POS則主要依賴于區塊鏈自身里的代幣。

女巫攻擊

這個名字是基于1973年的小說《女巫》改編的同名電影，女主具有16重人格。

因為節點隨時加入和退出等原因，為了維護網絡的穩定，同一份數據可能備份在很多節點上，這就是數據冗余機制。

若是在網絡上存在惡意節點，那這一個節點就具有多重身份。那這個惡意節點就可能騙到其他節點備份到他這里。

POW就是根據計算能力隨機，而POS則根據擁有財產隨機。POW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區塊鏈安全的一種機制。

但是POW算法在挖礦過程中因破壞環境和浪費電力而受到指責。POS試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

PoS的優點

不再需要為了安全產生區塊而大量消耗電能。由于不再需要大量能耗，通過發行新幣以激勵參與者繼續參與網絡的壓力會下降。PoS機制下，全網每秒可以處理的交易數增加，可以提供比PoW機制更好的性能。

POS算法是個資本主義

你擁有的錢越多，得到的權利也就越大。為什么？

因為你在里面的錢越多你想要維護系統的愿望也就更大。若是有惡意攻擊，他們的錢也就只能是竹籃打水一場空。

POS算法

如果我手上有500個代幣，把它放進POS機制，這樣里面的500個代幣就變成了驗證者.假設它在區塊鏈里最新的塊。

POS算法將從驗證者里面抽取一個隨機的，給他們權利產生下一個區塊。

PoS 機制由股東自己保證安全，工作原理是利益捆綁。在這個模式下，不持有 PoS 的人無法對 PoS 構成威脅。PoS 的安全取決于持有者，和其他任何因素無關。

PoS機制源于人們對PoW機制的不滿以及改進。早期的PoS機制有各種缺陷，隨著各種項目對PoS機制的不斷改進，PoS正逐漸成為主流的共識機制。

2、pos機制解決了pow的()問題

pos機制解決了pow機制難以應用于商業領域的問題。

為了解決POW的問題，有人發明了POS機制。POS（Proof of Stake，權益證明）是根據你持有貨幣的量和時間進行利息分配的制度。POS機制最核心的邏輯就是——誰持有幣，誰就有網絡的控制權。

在POS機制中，仍然存在算力挖礦，需要算力解決一個數學難題。但數學難題的難度和持幣者的“幣齡”相關。簡單來說，持幣者持有幣的時間越長，難題越簡單，挖到幣的概率越大。但POS的問題是，大多數的持幣人沒有足夠的專業知識或足夠的預算，無法達到高性能節點所需的計算機硬件和軟件要求，這時候就有了DPOS機制。

3、Gate.io芝麻開門如何理解POW、POS、DPOS共識機制?

在區塊鏈的世界里，保證數字貨幣正常發行，交易確認，維護網絡正常運行等，都離不開共識機制，目前最常見的便是 PoW，PoS，DPoS 三種模式。
PoW，工作量證明機制。 最先運用在比特幣挖礦中，提供算力越多的礦工，獲得記賬權的概率就越大。 這也是早期主流的挖礦方式，因為它算法簡單，安全性比較高，但是隨著挖礦難度，交易頻次的增加，電力資源消耗過大，出塊速度慢等缺點顯現出來。無法滿足現有的交易需求。
因此，PoS，權益證明機制誕生了。 PoS 按照幣齡決定獲得記賬權的概率，幣齡是指持幣數量乘以持幣天數，一旦獲得記賬權， 幣齡就會被清空，相應也會得到挖礦獎勵，然后再進行下一輪記賬權的爭奪。 這種機制不會產生能源消耗，加快了區塊產出和交易確認的速度，提高了效率。 但是，PoS 也并不完美，比如擁有大量幣的用戶，越容易獲得出塊獎勵，從而加大貧富差距。 最終導致過于中心化，這是目前 PoS 無法解決的。
所以，DPoS，股份授權證明機制也應運而生了。 它通過持幣用戶投票，選舉節點進行出塊和處理交易，更大的縮短了共識時間，并且還會分紅給投票者和區塊網絡維護節點，作為他們支持和維護的獎勵，優化了前兩個機制存在的不 足。但是也會面臨賄選而導致中心化的問題。
雖然每一種共識機制都有缺點，但都是為了解決區塊鏈三大問題，擴展性，安全性，去中心 化而誕生，因此無優劣之分，都有價值。

4、區塊鏈常見的三大共識機制

區塊鏈是建立在P2P網絡，由節點參與的分布式賬本系統，最大的特點是“去中心化”。也就是說在區塊鏈系統中，用戶與用戶之間、用戶與機構之間、機構與機構之間，無需建立彼此之間的信任，只需依靠區塊鏈協議系統就能實現交易。

可是，要如何保證賬本的準確性，權威性，以及可靠性？區塊鏈網絡上的節點為什么要參與記賬？節點如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節點間的數據一致性？……這些都是區塊鏈在建立“去中心化”交易時需要解決的問題，由此產生了共識機制。

所謂“共識機制”，就是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；當出現意見不一致時，在沒有中心控制的情況下，若干個節點參與決策達成共識，即在互相沒有信任基礎的個體之間如何建立信任關系。

區塊鏈技術正是運用一套基于共識的數學算法，在機器之間建立“信任”網絡，從而通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造。

不同的區塊鏈種類需要不同的共識算法來確保區塊鏈上最后的區塊能夠在任何時候都反應出全網的狀態。

目前為止，區塊鏈共識機制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權證明、DPOS授權股權證明、Paxos、PBFT（實用拜占庭容錯算法）、dBFT、DAG（有向無環圖）

接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應用場景

概念：

工作量證明機制（Proof of work ），最早是一個經濟學名詞，指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作，通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量。

工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出，并通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。

應用：

POW最著名的應用當屬比特幣。在比特幣網絡中，在Block的生成過程中，礦工需要解決復雜的密碼數學難題，尋找到一個符合要求的Block Hash由N個前導零構成，零的個數取決于網絡的難度值。這期間需要經過大量嘗試計算（工作量），計算時間取決于機器的哈希運算速度。

而尋找合理hash是一個概率事件，當節點擁有占全網n%的算力時，該節點即有n/100的概率找到Block Hash。在節點成功找到滿足的Hash值之后，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網絡的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證。

如果驗證通過，則表明已經有節點成功解迷，自己就不再競爭當前區塊，而是選擇接受這個區塊，記錄到自己的賬本中，然后進行下一個區塊的競爭猜謎。網絡中只有最快解謎的區塊，才會添加的賬本中，其他的節點進行復制，以此保證了整個賬本的唯一性。

假如節點有任何的作弊行為，都會導致網絡的節點驗證不通過，直接丟棄其打包的區塊，這個區塊就無法記錄到總賬本中，作弊的節點耗費的成本就白費了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺自愿的遵守比特幣系統的共識協議，也就確保了整個系統的安全。

優缺點

優點：結果能被快速驗證，系統承擔的節點量大，作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。

缺點：需要消耗大量的算法，達成共識的周期較長

概念：

權益證明機制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權。

權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個“幣權”交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。

應用：

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin（點點幣），是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。PPC最大創新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機制發行新幣，采用權益證明機制維護網絡安全。

為了實現POS，Sunny King借鑒于中本聰的Coinbase，專門設計了一種特殊類型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時間段，假如你擁有10個幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣，幣齡被消耗（銷毀）了。

優缺點：

優點：縮短達成共識所需的時間，比工作量證明更加節約能源。

缺點：本質上仍然需要網絡中的節點進行挖礦運算，轉賬真實性較難保證

概念：

授權股權證明機制（Delegated Proof of Stake），與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權股權證明在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。基于DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴于一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。

同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

應用：

比特股（Bitshare）是一類采用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念，見證人可以生成區塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。

見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然后隨機排列，每個見證人按序有2秒的權限時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成權限交給下一個時間片對應的見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達成共識，他們投票選出的N個見證人，可以視為N個礦池，而這N個礦池彼此的權利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人（礦池），只要他們提供的算力不穩定，計算機宕機，或者試圖利用手中的權力作惡。

優缺點：

優點：縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證

缺點：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時節點代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時整個共識機制還是依賴于代幣的增發來維持代理節點的穩定性。

5、pos機制解決了pow的問題

pos機制解決了pow的問題：

基于權益證明（PoS），通常將金錢作為股權使用。

POA指的是身份的使用。這背后的想法是，人們會注意自己的名聲，因此會被勸阻不要惡意行事。

POW 工作量證明支持不可信的分布式共識，這對于加密貨幣等行業非常重要。它涉及挖掘過程，最好描述為執行計算以驗證交易的合法性和創建新貨幣。

第一個完成計算的礦工將獲得一枚新代幣，并將區塊添加到鏈中。POS 權益證明的定義是在決定誰將創建新塊時使用權益關系。這個權益的取決于每個人持有的代幣數量。

持有更多代幣的人更有可能被選為下一個塊的驗證器。獎勵來自交易費用，因為在這個過程中不會產生新的代幣。

pos是公鏈中的共識算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當前以太坊和許多區塊鏈安全的一種機制，但是pow算法在挖礦過程中，因為破壞環境和浪費電而受到指責，pos試圖通過一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

ps機制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴于計算硬件的稀缺性，來防止女巫攻擊。在pow中，一個用戶有可能用一千美元來買計算機，加入網絡來挖礦，產生新區塊，從而得到獎勵。在pos中，用戶可以拿到一千美元，買到等值的代幣，把這些代幣當做押金放在pos機制之中，只要用戶就有機會產生，這樣用戶可以得到獎勵。

pos算法如下，存在一個持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機制中，這樣他們就變成驗證者。

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