Different Types of Consensus Algorithms

不同类型的共识算法

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区块链技术的出现是2010年代初的一次革新浪潮。区块链已经到来,并从一开始就证明了它的价值。这里的卖点是这种全新的技术具有不可穿透、安全和匿名的性质。简单来说,区块链使其用户能够在安全透明的环境中进行交易,消除第三方干预、欺诈风险和资产转移。 

关键要点

  1. 共识算法通过创建具有统一共识的新交易来确保区块链网络的安全性和信任。
  2. 工作量证明算法利用越来越复杂的数学方程式来确保最大的安全性,但在此过程中占用了太多的时间和精力。
  3. 权益证明算法需要更少的能源、更少的时间和更少的费用,但尚未达到 POW 安全性的相同高度。
  4. 还有其他具有独特优点和轻微缺点的共识算法迭代 了POS 方法。

共识算法的定义

共识算法方法使区块链能够在不牺牲速度和低交易成本的情况下提供这种独特的好处。共识算法充当了任何区块链系统的事实审查者和守护者,确保完美满足任何预定的交易条件。此外,共识算法被恰当地命名,因为它确认系统中的所有参与者节点都同意特定的结果,这对整个网络来说是一个有利的状态。 

共识算法可保证交易的顺利进行,仅当所有相关条件满足所有相关方时。与Web 2.0安全和确认的传统手段不同,共识算法利用区块链系统中的数千个节点来执行复杂的数学方程,确保每个节点都符合规定的先决条件。 

这样,即使网络的一部分被破坏或操纵,整体安全性也将保持不变,以保护参与者的利益。虽然共识算法的一般过程在其各种类型中是相同的,但算法的证明部分有许多变化。每种证明方法都有其独特的优势和好处,今天,我们将来讨论一下最流行的共识算法类型: 

工作量证明算法

让我们从共识算法的经典例子开始——工作量证明(PoW)。这是有史以来第一个共识算法,截至 2023 年仍然是使用最广泛的安全措施。虽然区块链上PoW操作的技术方面非常复杂,并且涉及到高等数学,但这里的底层逻辑相当简单。 

当区块链网络具有PoW算法时,每个参与者都需要完成一定数量的计算问题。这些问题被呈现为计算机只能解决的极其棘手的数学方程。谁先解决这些数学难题,谁就有权在广阔的区块链网络中提出下一个节点。因此,名称 ——每个相关方必须证明他们的运作才能提出一个节点。 

PoW方法最初可能看起来不公平,因为一些参与者可以在这些区块链问题上投入更多的计算能力,并且更有可能提出一个新节点。然而,在实践中,PoW 算法将其结果随机化,并公平地授予用户节点的命题权限。这样,即使所有参与者仍然需要竞争来解决数学难题,网络也不会被一个压倒性的一方所主导。 

POW的缺点

虽然POW方法是一种久经考验的方法,可确保安全性并验证区块链的交易,但存在某些缺点。首先,POW方法需要大量的计算能力,迫使参与者在此过程中花费大量精力。因此,POW方法在经济上和环境方面都是昂贵的,因为它每年都会造成大量的碳排放。 

此外,由于计算需求的复杂性,POW的运作多年来变得越来越慢。随着区块链网络变得越来越流行,POW已经显著地放缓。最后,对于有抱负的加密货币矿工来说,POW方法需要很高的启动成本,因为所需的设备非常昂贵。 

由于这些缺点,POW方法已经慢慢失去了其在区块链市场的主导地位。很快,加密货币行业开始寻找有趣的替代方案,以减轻POW的一些缺点。 

权益证明算法

与前面讨论的POW共识算法不同,权益证明算法免除了网络参与者耗时以及能源密集型的计算运作。POS方法不是通过解决复杂的数学方程来创建新的网络节点,而是简单地让网络参与者能够质押最少数量的特定加密货币。 

通过这种方式,区块链网络可以以一小部分能源成本来运行和批准交易,并且明显减少了延迟。POS方法专门设计用于解决POW共识算法的缺陷,并且在大多数情况下,它已经成功地做到了这一点。POS方法快速,成本低,更环保。 

POS的缺点

但是,这些改进是有一定代价的。POS方法需要特定数量的加密货币资产才能参与,这些资产将被冻结,直到在系统上创建新节点。因此,网络参与者在特定时间内进行交易的资金将有限。虽然这个最低质押金额通常并不重要,但它仍然冻结了一部分加密货币,限制了相关方的交易机会。 

此外,POS方法在安全性方面的证明和测试要少得多。虽然有许多与POW方法类似的保护措施,但POS在技术上仍然是一个较弱的选择,因为它没有利用计算策略。虽然解决复杂的数学问题需要花费大量精力和昂贵的设备,但这个过程加强了整个网络免受恶意攻击者的侵害。POS方法还尚未证明它在安全性方面是一种有效的替代方案。 

通过这些权衡,POS 替代方案并不是对 POW 方法的Pareto改进。这其中有明显的优缺点,每个区块链网络都有其独特的需求和要求。POS算法有两种变体,它们以引人入胜的方式建立在这两种变体基础上。让我们讨论一下: 

委托权益证明 (DPOS)

POS的第一种变体对这种共识算法进行了令人兴奋的修改。网络参与者可以有效地选择一些代表来处理整个质押过程。这个有限的参与者池将透明地质押他们的硬币,并协助网络上新节点的开发。这样,整个网络将运作得更快,因为交易的验证速度将比以往快得多。

此外,实时投票过程将使网络用户能够立即添加或取消代表资格。因此,任何恶意的活动或操纵都可以毫不拖延地清除。此外,大多数网络用户将不再需要冻结他们的加密货币资金来利用给定的区块链网络。 

提名权益证明(NPOS)

作为DPOS方法的更严格的版本,如果区块链上发现了恶意活动,NPOS方法将使其网络参与者承担责任。在NPOS中,我们有提名人,他们会有效地选择网络上的验证方。 

两种变体在添加节点的过程中都必须质押一定数量的硬币。如果节点创建过程被恶意活动所中断,双方都将失去所有股份。虽然这种方法远不如DPOS宽容,但它大大提高了安全因素。提名人被激励谨慎地决定验证方,因为失去资产的风险很大。

两种POS变体都具有独特的优势,并已被多个区块链网络所采用。但是,它们也具有POS方法的弱点。因此,DPOS和NPOS方法在安全性方面本质上都不如POW方法,这阻碍了更广泛的市场采用。 

新兴的共识算法

除了这些成熟的共识算法之外,近年来还有几种新方法。下面,我们来介绍一下在不久的将来挑战POW和POS算法主导地位的最有希望的候选算法: 

权威证明(POA)

POA算法是POS方法的一种变体,旨在鼓励区块链网络上验证者队伍的更高的审查水平。通过这种方法,每个验证者都必须提供他们的身份、凭据和所有相关信息,以证明他们的可信度。手工验证者需要有一个没有任何先前历史记录的清晰记录。 

虽然这种方法略微违背了区块链上的匿名哲学,但它却是最大限度减少了网络欺诈、盗窃或其他恶意意图的可能性的绝佳方法。此外,各种网络会应参与者的要求选择这种方法。因此,任何一方都不会被迫披露其身份和个人信息,除非他们明确希望这样做。 

Proof-of-Time (POT) 

接下来,还有另一种POS变体,是以新的构想来解决网络安全概念。使用POT共识算法,在网络中花费时间最多的验证者比其他验证者更受青睐。当然,在这种情况下,只奖励活跃的有产出的时间。这种方法旨在奖励那些对给定区块链上的共识机制做出持续和一致性贡献的网络参与者。 

当然,POT系统的有效性与给定区块链网络的运行时间成正比。时间越长,POT方法就越有价值和精确,因为各种成员在很长一段时间内证明了他们的忠诚度和一致性。

Proof-of-History (POH)

最后,Solana创建了一个全新的POH算法。这种技术上复杂的方法使给定区块链网络内的协议能够识别新创建节点的独特“指纹”。这种指纹主要来自以前的区块链交易的组合。这样,指纹对于区块链平台来说仍然是唯一可识别的。 

POH方法是POS算法的巨大变体,提供了一种高效且自动化的方式来验证交易,而不会延迟、冻结质押硬币或披露身份。但是,POH 方法高度依赖于自动验证。这个第三方系统是整个区块链网络的弱点,因为它容易受到错误和人为操纵的影响。因此,即使它提供了所有的优势喝好处,POH算法也存在一个与其安全性和不变性有关的关键缺陷。

最好要点

共识算法是任何区块链网络的基本方面。他们会确保安全性并验证每笔交易,保持区块链环境的去中心化、安全和匿名。但是,所讨论的每种算法都有其权衡和缺点,这些系统都不是没有明显缺点的完美解决方案。 

因此,选择完美的共识算法取决于区块链用户和创建者的偏好和直接需求。虽然像比特币这样的成熟网络更喜欢具最大安全性的工作量证明方法,但许多区块链网络会重视 POS 提供的速度和低交易费用。一些网络创建者喜欢DPOS的民主性质,有些人则优先考虑用时间证明方法来奖励忠诚的参与者。 

此列表还在继续扩大,因为这里没有客观的答案,每个网络都必须为其目的确定最好的共识算法。虽然我们还没有收到一个替代选项,可以具备所有讨论的好处而没有缺点,但共识算法已经从一个简单的工作量证明概念开始,走了很长一段路。看看共识领域将出现哪些创新,以及它们是否能够为不断增长的区块链市场提供完美的共识机制,这将是令人着迷的。 

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