什麼是區塊鏈共識演算法?

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在數字貨幣領域中,共識演算法是區塊鏈網路的重要元素,因為它維持著分散式系統的完整性和安全性。數字貨幣的首個共識演算法即是工作量證明(PoW),它由中本聰(Satoshi Nakamoto)提出並在比特幣中用於解決“拜占庭容錯”問題。
共識演算法共識演算法可以被定義為一個透過區塊鏈網路達成共識的機制。公共的(去中心化的)區塊鏈作為一個分散式系統,並不依賴於一箇中央機構,而是由分散式節點全票透過來實現交易。與此同時,共識演算法開始發揮作用,它保證了協議規則的正常執行以及交易可以在免信任情況下發生,因此所有的數字都貨幣只能被消費一次。弄清楚演算法與協議之間的區別是深入瞭解不同型別的共識演算法的重要前提。共識演算法與協議的區別
演算法與協議經常都被混用,但他們並不是同一個意思。簡單來說,協議是區塊鏈的一些簡單規則,而演算法則是這些規則實現的原理。除了在金融系統的運用,區塊鏈技術還能被用於各種商業領域且對於許多不同的案例也同樣適用。另一方面,一個區塊鏈網路將建立在一份協議之上,而該協議定義了區塊鏈將如何運作,所以區塊鏈系統中的所有組成部分及全部參與者們都要遵守底層協議。協議決定了規則制度,演算法則說明了該如何遵守這些規則及產生想要的結果。例如,一個區塊鏈的共識演算法決定了交易和區塊是否正確有效。所以,比特幣和以太坊等同於協議而工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)則是共識演算法。進一步說,就是比特幣協議規定了節點之間應該如何互動,資料應該怎樣傳遞,以及一個成功的區塊驗證的需求是什麼。而共識演算法則驗證了資產和簽名,確認了交易,且實際執行了區塊驗證 - 這些都取決於網路共識。共識演算法的不同型別共識演算法有幾種不同型別,最常見的便是工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)。從安全性和功能性及延展性的平衡來說,他們都各有好壞。
工作量證明工作量證明是第一個共識演算法。它運用於比特幣和許多其他數字貨幣。工作量證明演算法是挖礦過程中的基本部分。工作量證明挖礦需要用到雜湊演算法,所以更多的算力意味著每秒需要進行更多次試驗。換言之,有著高雜湊率的礦工更有可能發現下一個區塊的有效值(又名:區塊雜湊值)。工作量證明共識演算法確保了只有礦工才能驗證一個新的區塊交易並將其加入到區塊鏈中,而前提是所有的節點要一致同意該礦工所提供的區塊雜湊值是一個有效的工作量證明。權益證明(PoS)2011年,權益證明共識演算法誕生,併成為工作量證明的有力競爭者。雖然權益證明和工作量證明都有著相似的目標,但他們有著根本的差異和特殊性。特別表現在新區塊的確認期間。總而言之,權益證明共識演算法根據參與者的權益來驗證區塊,在該機制下,便可替代工作量證明挖礦。每一個區塊的驗證器(也叫做鍛造者或鑄幣者)不是由分配的算力數量而是數字貨幣自身的投入所決定的。每一個權益證明系統可能以不同的方式來實現算力,但通常,區塊鏈受到一個偽隨機的選舉程式保護,這是因為考慮到節點的財力和貨幣的壽命 (即:貨幣能被鎖倉或質押的時間長短)- 這通常帶著隨機性。
目前,以太區塊鏈是建立在工作量證明演算法上的,但“Casper協議“的最後發出將會用權益證明取代工作量證明,這是為了嘗試提高網路的延展性。為何共識演算法對於數字貨幣很重要像前面所提到過的,共識演算法是維持數字貨幣網路完整性和安全性的關鍵因素。他們讓分散式節點能達成一致共識。認同當前的區塊鏈狀態是數字經濟系統朝著正確方向發展的重要前提。工作量證明演算法通常被認為是“拜占庭將軍問題”的最好解決方案,它能讓比特幣成為“拜占庭容錯“系統。這就是說,比特幣區塊鏈有極高的耐攻擊能力,比如“51%的攻擊”,而這正是工作量證明的功勞。高成本的挖礦工作讓攻擊變得非常困難,並且礦工不可能浪費巨大的資源來破壞網路。

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