1、什么是pos算法和pos機制

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。

2、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。

3、區塊鏈共識算法――(二)PoS共識(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 為 Quantum Mechanic 的 數 字 貨 幣 愛 好 者 在 比 特 幣 論 壇 首次提出了權益證明 PoS 共識算法. 隨后, Sunny King 在 2012 年 8 月發布的點點幣 (Peercoin, PPC) 中首次實現. PoS 由 系統中具有最高權益而非最高算力的節點獲得記賬 權, 其中權益體現為節點對特定數量貨幣的所有權, 稱為幣齡或幣天數 (Coin days)

PoS是考慮到PoW的最大缺陷：浪費資源而提出的，簡單來說就是 誰的權益大，誰說了算 。

PoS共識機制（Proof of Stake 權益證明）通過權益記賬的方式，解決效率低下、資源浪費、節點一致性等問題。

各個節點需要滿足一定的條件（如抵押一定的代幣）才能成為驗證節點（權益提高），系統通過算法在其中選擇一部分作為出塊節點（礦工），每隔一段時間重新選擇，算法會保證完全隨機，不可被操控。只有出塊節點才能進行數據處理，爭奪記賬權。

權益主要由權益因子決定，可以是持幣數量，也可以是幣齡及兩者的結合。

以太坊在之后很有可能會改用PoS進行共識，其更加符合以太坊高效率的特點。

4、什么是DAG

參考 Explaining Directed Acylic Graph (DAG), The Real Blockchain 3.0

Bitcoin視為blockchain 1.0, Ethereum視為2.0, 那么3.0是什么? DAG可能會是.

DAG, 即Direct Acyclic Graph, 有向無環圖. 它的特點是節點有先后次序, 可以有分叉, 但還不會有環. DAG常用語數據處理, 事務規劃, 最優路徑查找, 數據壓縮

bitcoin之所以效率低是因為它的POW機制. 整個網絡只有一個主鏈, 其上的新塊只能有一個, 無法同時創建多個新塊. 10分鐘左右以內的所有交易記錄都被記錄到一個塊中. Ethereum也是類似, 大概15-20秒產生一個新塊.

NXT 是第一個想到用DAG替代blockchain單鏈表結構的組織.

有了DAG, 就可以同一時間創建多個塊.

使用DAG的想法來自于側鏈(side-chain). 不同類型的交易在不同的鏈上同時進行.

IoT Chain (ITC), IOTA , 和 Byteball 是沒有block概念的項目.

如果每個block只有一個transaction, 那這個transaction就不用等待被打包, 跳過計算hash的過程(即挖礦), 直接上鏈了.

Bitcoin使用UTXO(Unspent Transaction output)模型.

DAG網絡中, 降低網絡寬度是比較重要的一個課題.

由于只有transaction, 沒有打包的過程, DAG比基于PoW或PoS的區塊鏈更快.

DAG網絡里, 沒有礦工. 交易的驗證直接在交易時進行. 對于用戶來說這意味著交易可以瞬間完成.

DAG可以有效降低交易費.

IoT Chain (ITC) 所基于的DAG的TPS達到10,000.

5、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。

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