翟冉, 陳學(xué)斌＊

1.華北理工大學(xué)理學(xué)院，河北 唐山 063210

2.河北省數(shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北理工大學(xué)），河北 唐山 063210

3.唐山市數(shù)據(jù)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北理工大學(xué)），河北 唐山 063210

引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的交流與交易越來(lái)越多。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)交易中的不規(guī)范的行為越來(lái)越多。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交易的可監(jiān)管性，區(qū)塊鏈技術(shù)順勢(shì)而來(lái)。區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、可追溯等特征[1]。由于去中心化的特點(diǎn)，區(qū)塊鏈引入了共識(shí)機(jī)制來(lái)確保節(jié)點(diǎn)記賬的一致性與有效性[2]，共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈的核心技術(shù)之一。區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制主要有PoW共識(shí)機(jī)制[3]、PoS共識(shí)機(jī)制[4]、DPoS共識(shí)機(jī)制[5]、POA共識(shí)算法[6]和PBFT共識(shí)算法[7]等。PoW機(jī)制為工作量證明機(jī)制，區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)獲得的獎(jiǎng)勵(lì)取決于它們?cè)谕诘V時(shí)產(chǎn)生的算力；PoS機(jī)制為權(quán)益證明機(jī)制，主要是根據(jù)持幣的數(shù)量和時(shí)間來(lái)分配記賬權(quán)；DPoS共識(shí)機(jī)制為股份授權(quán)證明，是PoS機(jī)制的延伸；POA共識(shí)算法為權(quán)威證明，主要靠選舉出來(lái)的權(quán)威人士決定記賬權(quán)；PBFT算法是拜占庭容錯(cuò)算法，來(lái)自拜占庭將軍模型。這五種共識(shí)機(jī)制是較經(jīng)典的共識(shí)機(jī)制。基于這幾種共識(shí)機(jī)制，針對(duì)它們的不足，出現(xiàn)了適合于特定場(chǎng)景的新型共識(shí)機(jī)制，主要有Tendermint共識(shí)機(jī)制[8]、Ouroboros[9]、蜜獾算法[10]等。

本文的主要貢獻(xiàn)如下：

（1）從比特幣和以太坊中不同技術(shù)的角度介紹了區(qū)塊鏈的發(fā)展過(guò)程。

（2）介紹了五種較常見(jiàn)的共識(shí)機(jī)制并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

（3）對(duì)共識(shí)機(jī)制的最新研究成果進(jìn)行了介紹。

1 區(qū)塊鏈的發(fā)展背景

1.1 比特幣的發(fā)展

2008年，“中本聰”發(fā)布了比特幣白皮書(shū)，提出了一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)[11]。區(qū)別于數(shù)字簽名需要采用第三方的參與才能防止雙重花費(fèi)，這種系統(tǒng)只需要將所有交易都用哈希函數(shù)的形式存在時(shí)間戳里，將所有的哈希函數(shù)連接起來(lái)形成一種工作量證明，這種證明便是交易記錄。區(qū)塊鏈技術(shù)是指在沒(méi)有任何可信第三方參與的情況下，兩個(gè)互不知道身份的用戶可以進(jìn)行可信的交易。沒(méi)有第三方的參與，可以為交易雙方節(jié)省大筆費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了完全的去中心化，除此之外，基于第三方的交易默認(rèn)第三方是可信的，區(qū)塊鏈技術(shù)減少了可能由于第三方的泄漏導(dǎo)致的數(shù)據(jù)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)塊鏈中可追蹤和不可篡改的特征使區(qū)塊鏈的安全性得到保證，從而廣為用戶所用，也使現(xiàn)下網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大環(huán)境的交易變得可監(jiān)管。與此同時(shí)，區(qū)塊鏈也有很多弊端，比如用戶的隱私性可能受到威脅。由于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)是開(kāi)源共享的，這也帶來(lái)了區(qū)塊鏈被不法分子攻擊導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄漏以及用戶和交易被泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，區(qū)塊鏈的性能和吞吐量較低，大多犧牲性能和吞吐量來(lái)?yè)Q取安全性，比特幣的吞吐量?jī)H為每秒進(jìn)行5-7筆交易[12]。比特幣中的腳本簡(jiǎn)單，無(wú)法在區(qū)塊鏈上直接編寫(xiě)代碼并進(jìn)行代碼的運(yùn)行。

1.2 以太坊的發(fā)展

2014年，以太坊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以太坊技術(shù)是由Vitalik Buterin提出的[13]。以太坊技術(shù)的吞吐量大約為每秒25個(gè)交易左右[14]。以太坊是最早在區(qū)塊鏈中引入了智能合約機(jī)制的，開(kāi)啟了區(qū)塊鏈智能合約的先河[15]。比特幣中的基于棧的腳本語(yǔ)言是智能合約機(jī)制的前身，與比特幣技術(shù)中簡(jiǎn)單的基于棧的腳本語(yǔ)言相比，以太坊中的智能合約機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)直接在區(qū)塊鏈上進(jìn)行高級(jí)代碼的編寫(xiě)和運(yùn)行。智能合約可以實(shí)現(xiàn)審計(jì)功能，使執(zhí)行過(guò)的代碼和數(shù)據(jù)在需要的情況下被查找到。智能合約具有數(shù)據(jù)公開(kāi)透明、數(shù)據(jù)和代碼不可篡改、代碼永久運(yùn)行三個(gè)特性。以太坊區(qū)塊鏈平臺(tái)可以提供編程語(yǔ)言編寫(xiě)智能合約。智能合約中的部分節(jié)點(diǎn)遭到攻擊不會(huì)影響整個(gè)智能合約中代碼的運(yùn)行。

2 證明類共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈中各個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)享有相同的權(quán)利，由于區(qū)塊鏈去信任化的特點(diǎn)，為了使各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以相互信任，引入了共識(shí)機(jī)制[16]。區(qū)塊鏈中的區(qū)塊通過(guò)哈希連接構(gòu)成全局賬本，全局賬本中包含交易的內(nèi)容，共識(shí)機(jī)制保證各節(jié)點(diǎn)具有相同全局賬本[17]。

證明類共識(shí)機(jī)制的形式為POX，主要原理是節(jié)點(diǎn)證明自己符合擁有記賬權(quán)的特點(diǎn)，擁有記賬權(quán)。共識(shí)機(jī)制中有工作量證明POW共識(shí)機(jī)制；有股權(quán)證明POS共識(shí)機(jī)制；有股份授權(quán)證明DPOS共識(shí)機(jī)制；有權(quán)威證明POA共識(shí)機(jī)制；POP共識(shí)機(jī)制為參與度證明機(jī)制，根據(jù)重要節(jié)點(diǎn)的參與程度劃分記賬權(quán)，它是POI共識(shí)機(jī)制和DPOS共識(shí)機(jī)制的結(jié)合體；還有POC貢獻(xiàn)共識(shí)機(jī)制[18]，根據(jù)貢獻(xiàn)的大小分配權(quán)利；POET共識(shí)機(jī)制為流逝時(shí)間量證明；Proof of Burn為燒毀證明，是指創(chuàng)建區(qū)塊的用戶為新創(chuàng)建的貨幣支付費(fèi)用，合約幣就是通過(guò)燒毀比特幣得到的；Proof of Believability為可信度證明機(jī)制，持有資金數(shù)量多和信譽(yù)良好的用戶可以獲得記賬權(quán)；Proof of Credit共識(shí)機(jī)制為信用證明機(jī)制，信用良好的節(jié)點(diǎn)通過(guò)交納保證金獲得建塊資格。本文主要介紹POW、POS、DPOS和POA這四種較常見(jiàn)的證明類共識(shí)機(jī)制。

2.1 POW共識(shí)機(jī)制

POW共識(shí)機(jī)制為工作量證明，它是按勞分配的，融合了經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和共識(shí)機(jī)制[19]。在比特幣中，礦工利用計(jì)算機(jī)的算力進(jìn)行挖礦并獲得獎(jiǎng)勵(lì)。比特幣用的便是POW工作機(jī)制[20]，比特幣應(yīng)用了SHA256算法，這種算法計(jì)算時(shí)需要大量算力但驗(yàn)證結(jié)果是正確的很容易，最先計(jì)算出結(jié)果的節(jié)點(diǎn)獲得比特幣獎(jiǎng)勵(lì)和記賬權(quán)。POW共識(shí)算法是區(qū)塊鏈中共識(shí)算法的鼻祖，公有鏈大多用的是POW共識(shí)算法。POW工作機(jī)制面臨51%攻擊問(wèn)題[21]，這意味著如果攻擊者愿意花費(fèi)比誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)多的算力，可能會(huì)破壞交易的進(jìn)行，但是惡意破壞者如果選擇通過(guò)計(jì)算機(jī)的算力對(duì)區(qū)塊鏈進(jìn)行破壞，必須要用比挖礦更多的算力，所以更多的人會(huì)選擇的獲取利益的方式是挖新幣而不是攻擊。這一特征保證了挖礦機(jī)制的安全。

區(qū)塊鏈中算力主要是用來(lái)利用哈希算法計(jì)算哈希值[22]。但是由于區(qū)塊鏈中并不是對(duì)每筆交易進(jìn)行哈希值的計(jì)算，而是建塊后對(duì)區(qū)塊進(jìn)行統(tǒng)一的哈希計(jì)算，因?yàn)閰^(qū)塊鏈中建塊的速度慢和建塊之間需要等待的時(shí)間，會(huì)無(wú)端消耗大量算力。下面對(duì)POW共識(shí)機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）POW共識(shí)機(jī)制的算法簡(jiǎn)單易懂，容易實(shí)現(xiàn)。通過(guò)求解哈希函數(shù)的算力選舉建立區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)。

（2）節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)入?yún)⑴c，具有完全的去中心化。

（3）惡意節(jié)點(diǎn)需要投入51%的算力才可以作弊，作弊的成本高于正常挖礦的成本，所以安全性極高。

（4）系統(tǒng)可以接收大量的節(jié)點(diǎn)參與。

缺點(diǎn)：

（1）挖礦造成大量的資源浪費(fèi)。

（2）為了保證去中心化，區(qū)塊的確認(rèn)時(shí)間難以縮短，共識(shí)達(dá)成的周期較長(zhǎng)，不適合商業(yè)應(yīng)用。

（3）如果有人能控制51%的算力，就會(huì)有被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

POW共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用場(chǎng)景最典型的是比特幣，針對(duì)POW共識(shí)機(jī)制在進(jìn)行工作量證明時(shí)浪費(fèi)大量算力的缺點(diǎn)，可以將POW共識(shí)機(jī)制的算力用來(lái)計(jì)算其它有研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題來(lái)證明工作量，取代之前的將大量算力進(jìn)行哈希計(jì)算，這樣可以將大量算力合理利用。除此之外，POS共識(shí)機(jī)制便是POW共識(shí)機(jī)制的改進(jìn)，POS共識(shí)機(jī)制使用虛擬算力代替實(shí)際算力節(jié)省了大量資源。

2.2 POS共識(shí)機(jī)制

POS共識(shí)機(jī)制為股權(quán)證明，根據(jù)持幣的數(shù)量和時(shí)間來(lái)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，持幣數(shù)量越多、時(shí)間越長(zhǎng)，獎(jiǎng)勵(lì)越多[23]。POS共識(shí)機(jī)制解決了POW共識(shí)機(jī)制中浪費(fèi)大量的時(shí)間和算力的缺點(diǎn)。但由于挖礦成本低，不需要消耗大量的算力，POS工作機(jī)制的安全性低，可能會(huì)產(chǎn)生雙重花費(fèi)，而且很難對(duì)礦工產(chǎn)生激勵(lì)。POS機(jī)制還會(huì)給每一筆花費(fèi)利息，花費(fèi)的金額越大，幣的時(shí)間越長(zhǎng)，利息越高。大多數(shù)情況下POS共識(shí)機(jī)制可以和POW共識(shí)機(jī)制融合，以太坊應(yīng)用了兩者融合的共識(shí)機(jī)制[24]。POS共識(shí)機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)省了大量的資源，與POW共識(shí)機(jī)制相比，節(jié)點(diǎn)不需要消耗額外算力用來(lái)挖礦，節(jié)省了大量的算力。

（2）節(jié)省了生成區(qū)塊的時(shí)間和達(dá)成共識(shí)的時(shí)間，共識(shí)效率有所提高。

缺點(diǎn)：

（1）算法復(fù)雜難實(shí)施，安全性較差。

（2）擁有代幣的用戶選擇持幣收獲利息，不愿意賣(mài)幣，交易量減小，可能會(huì)造成壟斷，持幣多的用戶可能會(huì)遭受攻擊。

（3）挖礦成本低，容易造成攻擊。

（4）容易產(chǎn)生雙重花費(fèi)。

（5）仍然需要挖礦。

POS共識(shí)機(jī)制的主要應(yīng)用場(chǎng)景有點(diǎn)點(diǎn)幣等。針對(duì)POS共識(shí)機(jī)制中擁有代幣的用戶可能用收取利息的盈利方式來(lái)代替賣(mài)幣導(dǎo)致交易量減少的問(wèn)題，可以將幣的價(jià)值隨著時(shí)間的推移逐漸減少，2014年提出的POSV共識(shí)機(jī)制便將幣的價(jià)值和時(shí)間的關(guān)系設(shè)置為衰減函數(shù)，POSV共識(shí)機(jī)制應(yīng)用于瑞迪幣中。2017年提出的應(yīng)用于艾達(dá)幣中的Ouroboros共識(shí)機(jī)制[25]可以對(duì)礦工的交易產(chǎn)生激勵(lì)作用，有利于交易的正常進(jìn)行。

2.3 DPOS共識(shí)機(jī)制

DPOS共識(shí)機(jī)制為股份授權(quán)證明[26]，是POS共識(shí)機(jī)制的延伸，在2014年由Bitshares比特股的創(chuàng)始人Dan Larimer提出。DPOS先選舉出一部分代表，由代表實(shí)行記賬權(quán)利，與POS共識(shí)機(jī)制相比，DPOS共識(shí)機(jī)制減少了很大部分的參與記賬和建塊的節(jié)點(diǎn)，建塊效率高。但是由于選舉的過(guò)程可能需要消耗時(shí)間和算力，會(huì)造成很多節(jié)點(diǎn)偷懶放棄投票，同時(shí)可能會(huì)有擁有投票權(quán)的節(jié)點(diǎn)收到賄賂，使某些節(jié)點(diǎn)非法獲得記賬權(quán)。DPOS共識(shí)機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)省了大量的資源。

（2）節(jié)省了新建區(qū)塊的時(shí)間，共識(shí)效率從而提高。

（3）不需要用大量算力來(lái)挖礦，由選舉出來(lái)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，共識(shí)效率高。

缺點(diǎn)：

（1）去中心化程度較低。

（2）仍然需要代幣參與共識(shí)機(jī)制。

（3）可能會(huì)存在作弊情況。擁有高權(quán)益的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)為自己投票，選舉過(guò)程中可能會(huì)有節(jié)點(diǎn)賄賂其他節(jié)點(diǎn)選舉自己。

DPOS共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用場(chǎng)景主要有EOS，相比于比特幣每秒7筆交易的吞吐量和以太坊技術(shù)每秒25筆交易的吞吐量，EOS可完成每秒數(shù)十萬(wàn)筆交易的吞吐量。DPOS共識(shí)機(jī)制的主要缺點(diǎn)之一為可能會(huì)存在節(jié)點(diǎn)為自己投票或買(mǎi)通別人為自己投票的不公平現(xiàn)象，針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，陳夢(mèng)蓉等人提出了將激勵(lì)模式運(yùn)用到DPOS共識(shí)機(jī)制中[27]。這種模式有效激勵(lì)擁有投票權(quán)的節(jié)點(diǎn)積極投票并減少了非法操作的機(jī)會(huì)。

2.4 POA共識(shí)機(jī)制

POA共識(shí)機(jī)制是由Gavin Wood提出的共識(shí)機(jī)制，它是一種權(quán)威證明[28]。POA共識(shí)機(jī)制的工作過(guò)程為首先選舉出一名權(quán)威人士A，當(dāng)出現(xiàn)新的交易的時(shí)候，所有參與者把交易發(fā)給A，由A進(jìn)行驗(yàn)證，并把數(shù)據(jù)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)。由于POA共識(shí)機(jī)制是由權(quán)威人士負(fù)責(zé)記賬的，所以能很有效地防止雙重花費(fèi)。假如B花費(fèi)了1幣同時(shí)用于C和D交易，A可以根據(jù)時(shí)間先后決定該幣被合法用于哪一筆交易，另一筆交易視為不合法。但是POA共識(shí)機(jī)制存在著中心化的問(wèn)題，如果A產(chǎn)生了作弊的想法或者被惡意控制，都會(huì)影響整個(gè)共識(shí)機(jī)制。POA共識(shí)機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）共識(shí)速度快。由于不需要挖礦，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也不多，所以提高了效率。

（2）防止雙重花費(fèi)。

缺點(diǎn)：

（1）POA共識(shí)機(jī)制需要許可才能參與。

（2）去中心化程度低。

（3）更適用于私有鏈和聯(lián)盟鏈。

POA共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用場(chǎng)景主要有POA.Network。POA的主要問(wèn)題之一在于可能會(huì)有權(quán)威人士叛變，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用多個(gè)權(quán)威人士相互制約的方式。

3 拜占庭共識(shí)機(jī)制

拜占庭共識(shí)機(jī)制源自于拜占庭將軍模型，是由Leslie Lamport于1982年提出的[29]。拜占庭將軍模型是指分布在一定距離之內(nèi)的各個(gè)將軍想要攻打帝國(guó)，他們事先需要達(dá)成協(xié)議，但是由于可能有叛徒的存在擾亂秩序傳播錯(cuò)誤的指令，拜占庭將軍模型可以保證不多于三分之一的節(jié)點(diǎn)不可信時(shí)仍然能使可信節(jié)點(diǎn)相互信任達(dá)成協(xié)議。這個(gè)協(xié)議有兩個(gè)前提，首先，誠(chéng)實(shí)的將軍必須接收到相同的命令；其次，所有誠(chéng)實(shí)的將軍發(fā)送的命令都會(huì)被誠(chéng)實(shí)的將軍接收[30]。由BFT共識(shí)機(jī)制引申出了一系列的共識(shí)機(jī)制。最常用的拜占庭共識(shí)機(jī)制之一為PBFT實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法。除此之外還有SBFT簡(jiǎn)單拜占庭共識(shí)協(xié)議[31]；DBFT為授權(quán)拜占庭共識(shí)算法。Paxos共識(shí)算法由Leslie Lamport 于1990年提出[32]，是一種基于拜占庭協(xié)議的共識(shí)算法；斯坦福大學(xué)的教授在2014年發(fā)表了新的分布式協(xié)議 Raft[33]。Raft共識(shí)算法與Paxos共識(shí)算法運(yùn)行效率相同，但是更加簡(jiǎn)單易懂，多被用于開(kāi)發(fā)中。

3.1 PBFT算法

PBFT算法為實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法，是由Miguel Castro和Barbara Liskov于1999年提出來(lái)的[34]。PBFT共識(shí)機(jī)制相比于BFT共識(shí)機(jī)制效率得到了很大的提升，目前大多數(shù)聯(lián)盟鏈都使用了PBFT算法[35]，例如Hyperledger Fabric便應(yīng)用了PBFT算法，但PBFT算法不能用于公有鏈。PBFT共識(shí)機(jī)制采用密碼學(xué)中的非對(duì)稱加密RSA算法確保傳輸信息時(shí)的安全性。RSA算法可以使消息的接收方確定消息發(fā)送方的身份，還可以保證傳輸?shù)男畔⒈Ｃ懿⑶也槐淮鄹?。PBFT算法的工作流程如下：

（1）先選出一個(gè)主節(jié)點(diǎn)。

（2）客戶端把需求發(fā)給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)將交易進(jìn)行排序并轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)。

（3）所有節(jié)點(diǎn)將交易轉(zhuǎn)發(fā)給全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)。

（4）若一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到2/3來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的相同的指令，就向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送允許命令。

（5）若允許命令超過(guò)2/3，證明該交易合理并可以進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈中。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）可信節(jié)點(diǎn)由全體參與共識(shí)的用戶決定。

（2）可擴(kuò)展性強(qiáng)。

（3）共識(shí)速度快、效率高。

缺點(diǎn)：

（1）部分去中心化。

（2）不適用于公有鏈。

PBFT共識(shí)算法的主要應(yīng)用場(chǎng)景有Hyperledger Fabric。PBFT算法是將交易與投票串行進(jìn)行，每次創(chuàng)建新的區(qū)塊要經(jīng)過(guò)三次投票，消耗大量的算力，降低了區(qū)塊鏈的效率。2014年，Tendermint共識(shí)機(jī)制[36]被提出，Tendermint只需要進(jìn)行兩次投票，相比于PBFT共識(shí)機(jī)制有了很大進(jìn)展。北航鏈[37]使用了CBFT并發(fā)拜占庭共識(shí)協(xié)議，它將交易與投票并行進(jìn)行，是由蔡維德的團(tuán)隊(duì)于2015年提出的，創(chuàng)新過(guò)的并發(fā)拜占庭共識(shí)協(xié)議大大地提高了效率。

3.2 拜占庭共識(shí)機(jī)制的最新研究成果

隨著區(qū)塊鏈中共識(shí)機(jī)制的不斷發(fā)展，拜占庭共識(shí)算法也經(jīng)過(guò)了很多創(chuàng)新和改進(jìn)。2014年，瑞波共識(shí)機(jī)制[38]出現(xiàn)，瑞波共識(shí)機(jī)制主要用于瑞波幣中，相比于比特幣建塊和確認(rèn)需要數(shù)十分鐘，瑞波幣建塊和確認(rèn)只需要幾秒鐘，這極大地提高了共識(shí)效率，瑞波共識(shí)機(jī)制解決了異步通信中延遲性高的問(wèn)題。2016年，提出了“蜜獾算法”[39]，“蜜獾算法”是第一個(gè)接近實(shí)用的異步共識(shí)算法，已經(jīng)被應(yīng)用于區(qū)塊鏈技術(shù)中。2021年，中科院軟件研究所的張振峰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)唐強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提出了“小飛象”算法[40]，該算法的吞吐量高，延遲時(shí)間短，是首個(gè)完全實(shí)用的異步共識(shí)算法。路遠(yuǎn)博士團(tuán)隊(duì)還提出了“小飛象多值共識(shí)算法”[41]，該算法在共識(shí)效率和通信成本等性能上都達(dá)到了區(qū)塊鏈異步共識(shí)算法的理論最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。

4 幾種共識(shí)機(jī)制的比較

每種共識(shí)機(jī)制都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，表1對(duì)幾種共識(shí)機(jī)制的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。

表1 幾種共識(shí)機(jī)制特征比較Table 1 Comparison of the characteristics of several consensus mechanisms

區(qū)塊鏈中的每種共識(shí)機(jī)制都有自己的特征和優(yōu)缺點(diǎn)，每一種共識(shí)機(jī)制適用于不同的場(chǎng)景，我們無(wú)法比較區(qū)塊鏈中的共識(shí)機(jī)制的好壞。這些共識(shí)機(jī)制根據(jù)它們自己的特性有適合的幣種。POW共識(shí)機(jī)制應(yīng)用廣泛，用于比特幣、以太坊、比特幣現(xiàn)金、比原鏈、Litecoin萊特幣、Dogecoin狗狗幣、門(mén)羅幣、達(dá)世幣、零幣等。應(yīng)用POS共識(shí)機(jī)制的有EOS柚子幣、量子鏈、阿童木幣、雷電網(wǎng)絡(luò)、BitShares比特股、Nxt未來(lái)幣、Black coin黑幣、萬(wàn)維鏈等。應(yīng)用DPOS共識(shí)機(jī)制的有BitShares比特股、EOS柚子幣等。POA共識(shí)機(jī)制和POS共識(shí)機(jī)制都不需要挖礦，節(jié)省了很大一部分算力，但是POA共識(shí)機(jī)制是由身份決定的。應(yīng)用POA共識(shí)機(jī)制的有POA.Network等。Hyperledger Fabric、Stellar、Ripple等采用PBFT共識(shí)算法。

5 總結(jié)

區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)代表了數(shù)字貨幣經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)。但是，網(wǎng)絡(luò)交易中的隱私問(wèn)題和區(qū)塊鏈分布式賬本的一致性問(wèn)題也產(chǎn)生了。去中心化的特點(diǎn)使區(qū)塊鏈避免了中心化機(jī)構(gòu)被入侵可能帶來(lái)的損失。但是去中心化的特點(diǎn)使區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)難以達(dá)成一致，區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制使區(qū)塊鏈之間的各個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)可以在不泄漏數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相互信任，這解決了記賬節(jié)點(diǎn)一致性和有效性的問(wèn)題。但是區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制仍然還面臨一些挑戰(zhàn)，區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制還有可進(jìn)步之處，未來(lái)我們可以針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

（1）區(qū)塊鏈的共識(shí)效率仍有待提高，可以從提高區(qū)塊鏈的共識(shí)速度的角度來(lái)研究。

（2）區(qū)塊鏈的共識(shí)過(guò)程中仍然有參與節(jié)點(diǎn)不配合等情況，可能會(huì)對(duì)共識(shí)過(guò)程的公平性產(chǎn)生影響，未來(lái)可以從該方面進(jìn)行改進(jìn)。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。