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、五分鐘了解共識機制

五分鐘了解共識機制
什么是共識機制？
“共識機制是區塊鏈的靈魂。”這是業內經常能聽到的一句話，共識機制在區塊鏈中的地位可想而知。那么到底什么是共識機制呢？我們不妨從拜占庭將軍問題說起。
拜占庭位于如今的土耳其的伊斯坦布爾，是東羅馬帝國的首都。由于當時拜占庭羅馬帝國國土遼闊，為了防御目的，每個軍隊都分隔很遠，將軍與將軍之間只能靠信差傳消息。在戰爭的時候，拜占庭軍隊內所有將軍和副官必須達成一致的共識，決定是否有贏的機會才去攻打敵人的陣營。但是，在軍隊內有可能存有叛徒和敵軍的間諜，左右將軍們的決定又擾亂整體軍隊的秩序。在進行共識時，結果并不代表大多數人的意見。這時候，在已知有成員謀反的情況下，其余忠誠的將軍在不受叛徒的影響下如何達成一致的協議，拜占庭問題就此形成。
拜占庭將軍問題是一個協議問題，拜占庭帝國軍隊的將軍們必須全體一致的決定是否攻擊某一支敵軍。問題是這些將軍在地理上是分隔開來的，并且將軍中存在叛徒。叛徒可以任意行動以達到以下目標：欺騙某些將軍采取進攻行動；促成一個不是所有將軍都同意的決定，如當將軍們不希望進攻時促成進攻行動；或者迷惑某些將軍，使他們無法做出決定。如果叛徒達到了這些目的之一，則任何攻擊行動的結果都是注定要失敗的，只有完全達成一致的努力才能獲得勝利。
而這個問題該如何解決？中本聰的理念給出了一個比較好的答案：不能讓所有人都有資格發信息，而是給發信息設置了一個條件：“工作量”，將軍們同時做一道計算題，誰先算完，誰才能獲得給其他小國發信息的資格。而其他小國在收到信息后，必須采用加密技術進行簽字蓋戳，以確認身份。然后再繼續做題，做對題的再繼續發消息……對這種先后順序達成共識的算法，就是共識機制。
共識機制的作用
區塊鏈作為一種按時間順序存儲數據的數據結構，可支持不同的共識機制。在區塊鏈上，每個人都會有一份記錄鏈上所有交易的賬本，鏈上產生一筆新的交易時，每個人接收到這個信息的時間是不一樣的，有些想要干壞事的人就有可能在這時發布一些錯誤的信息，這時就需要一個人把所有人接收到的信息進行驗證，最后公布最正確的信息。
共識機制是區塊鏈技術的重要組件。它就像一本法典，維系著區塊鏈世界的正常運轉，使得區塊鏈技術自帶改善世界的光芒，也是讓區塊鏈得以被全世界逐步接受和認可的最大幕后功臣，它讓互聯網、陌生人之間，在沒有第三方作為信用背書的情況下發生的一切交易變成可能，它賦予了機械的代碼以人性和溫度。
共識機制的類別
目前的共識機制主要有POW、POS、DPOS、PBFT、dBFT、Pool驗證池。
POW，就是人們熟悉的比特幣挖礦，通過計算出一個滿足規則的隨機數，即獲得本次記賬權，發出本輪需要記錄的數據，全網其它節點驗證后一起存儲。可實現完全去中心化，節點自由進出。干的越多，收的越多。
POS，權益證明，POW的一種升級共識機制，根據每個節點所占代幣的比例和時間，以此等比例的挖礦難度，從而加快找隨機數的速度。持有越多，獲得越多
DPOS，股份授權證明機制，類似于董事會投票，持幣者投出一定數量的節點，代理他們進行驗證和記賬。
PBFT ，Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯算法，是一種狀態機副本復制算法，即服務作為狀態機進行建模，狀態機在分布式系統的不同節點進行副本復制，每個狀態機的副本都保存了服務的狀態，同時也實現了服務的操作。
dBFT，delegated BFT 授權拜占庭容錯算法，由權益來選出記賬人，然后記賬人之間通過拜占庭容錯算法來達成共識。
Pool驗證池，基于傳統的分布式一致性技術建立，并輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。
現有共識機制存在問題
目前現有的共識機制都不算完美，在一些實際應用場景弊端很多。
A、計算能力浪費
在工作量證明機制POW中，猜數字最快的通常是電腦計算能力強的。超強的計算能級僅用來猜數字，實在是浪費。
B、權益向頂層集中
在權益證明機制POS中，token的余額越多的人獲得公示信息的概率越高，公示人會得到一定的token作為獎勵，如此持有token多的人會越來越多，少的人越來越少。
C、作惡成本低下
在靠算力與權益的的多少來獲得公示信息的權利的模式當中，當算力和權益向少數人集中之后，這些少數人如果想要做一些違反規則的事情是輕而易舉的；在PBFT中，由所有人投票，如果一個沒有任何token余額的人想要搗亂，那他幾乎是完全沒有利益損失。
D、對于真正的去中心化構成威脅
在工作量證明機制中，計算能力越強，獲得記錄權利的概率就越高。如果有人把很多人集中在一起來猜數字，把好多電腦的算力加在一起來用，那這些抱團的人就會更容易獲得公示信息的權利，發展到最后可能公示權就直接掌握在這些人手里。
在權益證明機制POS中，權益越大的人獲得記錄權利的概率越高，而記錄的人就會有獎勵token ，這樣一來這些人就會越來越富有，貧富差距就會越來越大。持有token少的人幾乎都沒有話語權了。權利掌握在少數人手中，這有違區塊鏈去中心化理念。

3、區塊鏈共識算法――(四)PoA共識(Proof of Activity)

PoA共識（Proof of Activity）也稱為活動證明，其結合了PoW工作量證明與PoS權益證明的特點并進行了相應擴展，PoA共識具有更為復雜的記賬節點選取，同時有更為公平的獎勵機制。

PoA活動證明，主要的優勢是利用公平的激勵措施保證節點保持在線狀態，調動節點積極性，線上礦工即使不挖礦也有一定的概率獲取收益。大大提高了全網維護質量。

step1：每個礦工先利用自身算力通過工作量證明機制后得出nonce并生成一個空區塊頭，這個區塊頭除了沒有交易信息數據外其他數據與正常區塊一致。

step2：最先生成空區塊的節點廣播全網節點，全網節點接收到消息后，將此區塊的hash值與上一區塊的hash值進行拼接，然后加上n個固定后綴值進行再hash，最后得出n個值作為輸入，進入follow-the-satoshi程序，然后可輸出n個隨機權益持有者。

step3：前n-1個隨機權益持有者對空區塊進行簽名，第n個隨機權益持有者即為獲取到記賬權的節點，他將在空區塊的基礎上添加交易數據與簽名。

step4：第n個隨機權益持有者將打包好的區塊廣播全網，全網節點接收到區塊后進行驗證，驗證成功后上鏈。

step5：產生空區塊的礦工與第n個隨機權益持有者以及前n-1個已簽名的隨機權益持有者共享交易費獎勵。

4、POW和POS這兩種共識機制那個更好?是否可以共存?PGPOW算法是什么?

1.pow是工作量證明，就是大家熟悉的挖礦，通過數學運算，計算出一個滿足規則的隨機數，即獲得本次記賬權，發出本輪需要記錄的數據，全網其它節點驗證后一起存儲。一句話十九是 干的越多，獲得越多，就是社會主義，按勞分配，多勞多得。
2.POS 是PoS權益證明，Pow的一種升級共識機制；根據每個節點所占代幣的比例和時間；等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機數的速度。一句話介紹：持有越多，獲得越多。PoS 就是資本主義，按錢分配，錢生錢。
3.前幾天看快訊說V神想要解決這個問題。pgpow算法是BIUT公鏈提出的算法，Polling Group proof of work,融合pos與pow共識算法優勢，實現去中心化POW挖礦。

5、區塊鏈共識機制之POS和DPOS

工作量證明算法作為區塊鏈第一個也是目前經受住足夠實踐檢驗的一個共識機制，解決的是分布式系統交易信息一致性的問題，在一個去中心化的網絡中構建了彼此不信任節點的信任機制，也是比特幣成功應用的關鍵技術環節。

經過幾年的實際運轉，這一算法的弊端也顯露出來，比特幣網絡每秒完成600萬億次SHA256運算，消耗了大量的電力資源，而最終這些計算沒有任何實際或科學價值。這些運算存在的唯一目的是用來解決工作量證明問題，另外一個現實的威脅便是算力集中，工作量證明本質上是利用窮舉法找出符合規定條件的哈希值的過程，算力越強，獲得記賬權(即挖到礦)的可能性便越高，一開始是最早利用顯卡挖礦的人，后來是利用FPGA礦機的人，再后來是利用ASIC專用芯片挖礦的人，現在就是不斷制造出更好的ASIC的人，另外還有“礦工”節點聯合起來組成礦池，如Ghash，Ghash 2014年曾經發表聲明，將在今后確保不超過40%的全網算力，這類自律聲明是對比特幣去信任機制的莫大諷刺。

比特幣自誕生以來，人們便開始嘗試其他除了工作量證明算法之外的其他共識機制，如具有代表性的權益證明POS、委托權益證明DPOS、拜占庭容錯機制（BFT）及實用拜占庭容錯機制（PBFT）等，下面將主要介紹POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

權益證明POS

POS是一類共識算法，或者說是一類共識算法的設計思想，而不是一個，最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一個化名Sunny King的極客推出的一類加密貨幣，采用工作量證明機制+權益證明機制，首次將權益證明機制引入了加密貨幣。Peercoin引入了“幣齡”的概念，每個幣每天產生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。當一個新的區塊產生時，其他想獲得記賬權的節點同比特幣也需要計算哈希值，得出滿足條件哈希值的難易與難度值有關，這個難度值這里與幣齡成反比，即你的幣齡越大，得出符合條件的哈希值的概率就越大，同時你的幣齡被清空，記賬后系統會給予你相應“利息”，你每被清空365幣齡，獲得利息為：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率為1%，即0.08個幣。

可以看出，在POS機制下，持有幣越多，越容易獲得記賬權，接近于贏家通吃的感覺，但持有的幣越多，越接近于一個誠實的節點，因為破壞整個網絡帶來的損失也越大。Peercoin的POS機制有一個漏洞，對于不持有幣的人而言，他們本來就沒什么收益，所以一些惡意攻擊對于他們則是無損失的，這就是Nothing-at-stake attack（無利益攻擊）。后續的比較成功的POS都引入了對付這種攻擊的機制。

以太坊系統的目標是在今年引入權益證明，即Casper。在權益證明共識機制之下，用戶將能夠在以太坊網絡擁有“幣權”。用戶如果誠實行事并確認了合法交易，將獲得與其股權成比的利息；如果惡意行事并試圖網絡中作弊，就會失去其權益。

委托權益證明DPOS

委托權益證明DPOS是POS的變種，運用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在于全網投票選出101個節點代行記賬權限，這些代表節點的權限完全一致。代表節點輪流記賬，可以選擇創造區塊或不創造區塊。但他們無法改變交易的詳情，惡意或者遲到的代表節點的行為也會被公之于眾，那么網絡可能將他們簡單快速地投票驅逐出去。被驅逐出去的代表節點將會失去他們記賬權限，以及對應的收入。

DPOS作為是一種弱中心化的共識機制，保留了一些中心化系統的關鍵優勢，如交易速度等(每個塊的時間為10秒，一筆交易在得到6-10個確認后大概1分鐘，一個完整的101個塊的周期大概僅僅需要16分鐘)，但每個持幣者都有能力決定哪些節點可以被信任，并且事實上，代表節點會主動降低自己的收入來贏得更多投票，剩下的收入會作為股息，支付給所有的比特股持有人。DPOS有點類似于代議制民主及股份公司董事會制度，都是一種精英制度，但其身份受制于下面的民眾，在DPOS中，幣的持有者至少有權決定代表節點—或者說礦工的身份。

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