区块链共识算法的比较
区块链共识算法研究综述
区块链共识算法研究综述近年来，区块链技术以其去中心化、不可篡改等特性，逐渐发展成为一种颠覆性的技术。
作为区块链技术的核心之一，共识算法是确保网络节点间达成一致的重要机制。
在这篇文章中，我们将对区块链共识算法进行综述，介绍几种常见的共识算法及其优缺点。
1. 工作量证明（Proof of Work）工作量证明是比特币采用的共识算法，也是最早被广泛应用的共识算法之一。
在工作量证明中，矿工通过解决一道复杂的数学难题来竞争生成新的区块，并获得相应的奖励。
这道数学难题需要大量的计算能力和时间成本，同时产生了大量的电力消耗。
尽管工作量证明具有安全性高、去中心化程度强的优点，但也存在着能源浪费和环境污染等问题。
2. 权益证明（Proof of Stake）权益证明是一种相对环保的共识算法，它通过每个持币者的持币数量来确定下一个出块者。
持币者在选择出块者时，会考虑到持币者们在网络中阳光行为的程度。
权益证明能有效降低能源消耗，提高交易速度，并减轻对大量计算能力的依赖。
然而，权益证明也存在财富集中化的问题，富豪会更容易成为下一个出块者，导致网络不够去中心化。
3. 共同共识（Delegated Proof of Stake）共同共识是一种委派式的权益证明共识算法，在这种算法中，持币者可以选择代表进行网络验证和出块，这些代表通常由持币者投票选举产生。
委派节点的数量相对较少，可以提高网络的交易速度。
然而，共同共识也存在类似权益证明的财富集中化问题，同时还有可能产生代表行为不端的风险。
4. 实用拜占庭容错（Practical Byzantine Fault Tolerance）实用拜占庭容错是一种具有高度容错性质的共识算法。
它能够在网络中存在最多 f 个拜占庭节点的情况下，仍然能够保持一致性。
实用拜占庭容错通过多个阶段的投票和回滚机制来达到共识状态，保证了系统的安全性和正确性。
然而，实用拜占庭容错也面临着一些问题，如通信成本较高和扩展性限制等。
区块链共识算法的比较研究
共识算法也称为分布式一致算法。这些算法包
作者简介: 陈玎乐(1995)，男，上海，硕士，研究方向：计算机技术。
第 40 卷 第 4 期
软件
含 Paxos 算法、Zab 算法、Kafka 算法等等[3]。该算 法针对分布式数据库的操作，并且不考虑拜占庭容 错问题。综合考虑算法的安全性和实际应用中需求， 区块链的公有链 和许可链的共识算法也不一样。在 公有链中，例如 POS（Proof of Stake）、POW（Proof of Work）[4]等一系列的拜占庭容错类的共识算法被 应用起来。
CHEN Ding-le
(East China University of Technology, Shanghai 200233)
【Abstract】: Block chain is a public database running through distributed nodes without central management structure, which was put forward in 2008. With years of development, it has received special attention from society in recent years. There are many items of block chain, including Ethernet square, Fabric, Wright coin and Bitcoin, etc. And Bitcoin is the hottest among them, which is the most essential and original application of block chain. Consensus algorithm of block chain can ensure validity of block chain nodes in participating consensus process. The paper combs ideas of various block chain consensus algorithms (such as POW, POS, DPOS and PBFT), and analyses advantages and disadvantages of these algorithms[1]. 【Key words】: Block chain; Distributed system; Consensus algorithms; Byzantine protocol; PoW; PoS
区块链快速入门(四)——BFT(拜占庭容错)共识算法
区块链快速入门（四）——BFT（拜占庭容错）共识算法拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerance，BFT）共识算法是指在分布式系统中，即便部分节点存在故障或者恶意攻击行为，系统仍然能够保持一致的算法。
在区块链技术中，BFT共识算法被广泛应用于解决拜占庭将军问题，确保区块链网络中的节点能够达成一致的交易顺序并保持数据一致性。
BFT共识算法与其他共识算法相比，具有以下几个优势：1.容错性强：BFT共识算法能够容忍系统中多达⅓的节点故障或者对网络的恶意攻击，仍然能够保持正确的共识结果。
2.快速确认：BFT共识算法具有高效的交易确认速度，通常能够在几秒钟内达成共识，适用于高频交易场景。
3.提高网络吞吐量：相比于其他共识算法，在相同的网络条件下，BFT共识算法能够提供更高的交易吞吐量。
4.保护用户权益：BFT共识算法确保每个参与节点在不被恶意节点操控的情况下都能获得一致的交易结果，保护用户的权益。
现在我们来介绍两种经典的BFT共识算法：拜占庭将军算法和Tendermint算法。
拜占庭将军算法是最早提出的BFT共识算法之一，它解决了拜占庭将军问题。
拜占庭将军问题是一个典型的分布式系统问题，指的是拜占庭将军希望通过消息交换来达成一致的行动，但是存在部分将军可能会传递错误的消息或者是恶意的将军。
拜占庭将军算法的核心思想是通过多次消息广播和反馈的方式，将投票的结果进行汇总，最终达成共识。
算法对消息进行多轮投票和反馈，并根据投票结果进行大多数决策，从而确保一致性。
Tendermint算法是一种共识引擎，通过BFT算法实现区块链网络中的共识。
Tendermint算法采用类似拜占庭将军算法的投票和反馈机制，但是采用了一些优化措施来提高性能和可扩展性。
Tendermint算法将共识过程分为四个阶段：提案、预投票、预提交和提交。
在每个阶段，节点进行投票和反馈，并在大多数节点达成一致意见后进行下一阶段。
通过该算法，Tendermint能够在网络中快速达成一致，并确保交易的正确性和一致性。
区块链技术中的共识算法及其优缺点分析
区块链技术中的共识算法及其优缺点分析概述区块链是一种去中心化的分布式账本技术，其核心机制是共识算法。
共识算法旨在解决网络中存在的诸多问题，如双重支付、拜占庭将军问题等。
本文将介绍区块链技术中常用的共识算法，并对它们的优点和缺点进行分析。
一、工作量证明（Proof of Work）工作量证明是最早出现的共识算法，其代表性应用是比特币。
在工作量证明算法中，参与者需要完成一定的计算任务，通过找到符合一定条件的散列值来证明自己的工作量。
该算法通过消耗大量的计算能力来保护网络的安全性，但也存在一些问题。
优点：1. 抵抗攻击强：工作量证明机制通过计算复杂度高的任务确保了网络的安全性。
2. 去中心化：任何人都可以参与共识过程，没有特权者的存在。
缺点：1. 能源消耗大：工作量证明需要大量的计算能力，消耗了大量的能源，不符合环保理念。
2. 网络拥堵：由于挖矿难度的增加，竞争愈发激烈，导致网络拥堵和交易延迟增加。
3. 51%攻击：如果某个实体能够掌控网络的51%以上的算力，就有可能进行双花攻击等恶意行为。
二、权益证明（Proof of Stake）权益证明是一种基于参与者拥有的数字资产数量来决定记账权利的共识算法。
该算法将记账权利分配给拥有更多数字资产的参与者，通过押注资产来获得获利的激励机制。
优点：1. 能源消耗低：权益证明不需要大量的计算能力，相比于工作量证明更加环保。
2. 安全性高：攻击成本高，一旦攻击，攻击者的资产也将受到损害。
3. 去中心化：权益证明没有矿工这一角色，任何人只需拥有一定数量的数字资产就能参与共识过程。
缺点：1. 财富不平衡：权益证明将更多的权力集中在少数拥有大量数字资产的参与者手中，加剧了财富的不平等。
2. 长期持有激励：权益证明鼓励长期持有而非频繁交易，这可能导致流动性降低。
三、权益证明加承诺（Proof of Stake with Commitment）权益证明加承诺是基于权益证明的共识算法的改进版。
区块链共识算法性能评估与对比研究
区块链共识算法性能评估与对比研究随着区块链技术的迅速发展和广泛应用，共识算法作为区块链的核心组成部分，对区块链的性能和安全性起着决定性的作用。
不同的共识算法在性能、可扩展性、安全性等方面表现出差异，因此对于区块链共识算法的性能评估与比较研究具有重要意义。
本文将重点讨论区块链共识算法的性能评估与对比研究。
首先，我们需要明确共识算法的概念。
共识算法是指在分布式系统中，通过参与者之间的协同达成一致的一种算法。
在区块链中，共识算法用于解决分布式环境下节点之间的数据一致性问题。
常见的区块链共识算法包括Proof of Work（PoW）、Proof of Stake（PoS）、Delegated Proof of Stake（DPoS）等。
在进行区块链共识算法性能评估与对比研究时，我们需要考虑以下几个方面：1. 吞吐量（Throughput）：吞吐量是指区块链系统在单位时间内能够处理的交易数量。
不同的共识算法对吞吐量有不同的影响。
例如，PoW算法由于需要进行大量的计算工作，导致其吞吐量较低；而DPoS算法由于委托代理的方式，可以提高系统的吞吐量。
2. 延迟（Latency）：延迟是指从交易发起到完成确认所需要的时间。
在区块链中，延迟会直接影响到交易的效率和用户体验。
不同的共识算法对延迟的影响也不同。
例如，PoW算法由于需要等待挖矿节点完成计算工作，因此延迟较高；而DPoS算法由于通过委托代理方式，可以缩短交易确认时间，降低延迟。
3. 可扩展性（Scalability）：可扩展性是指区块链系统在面对大规模用户和交易增长时，能否保持其性能稳定。
不同的共识算法在可扩展性方面也存在差异。
例如，PoW 算法由于需要进行大量的计算工作，会导致系统的可扩展性受限；而DPoS算法通过委托代理的方式，可以提高系统的可扩展性。
4. 能耗（Energy Consumption）：能耗是指区块链系统在运行过程中所消耗的能源量。
由于PoW算法需要进行大量的计算工作，导致其能耗较高。
区块链中的共识算法：探索区块链共识算法的安全性、效率与可扩展性
区块链中的共识算法：探索区块链共识算法的安全性、效率与可扩展性摘要区块链技术作为一种去中心化的分布式账本技术，其核心在于共识算法。
共识算法确保了区块链网络中各个节点就数据状态达成一致，保证了数据的安全性和一致性。
本文将深入探讨区块链共识算法的安全性、效率与可扩展性，分析不同类型共识算法的优缺点，并展望未来发展趋势。
1. 引言区块链技术的核心在于去中心化，即不存在中心化的管理机构。
为了在去中心化的网络中保证数据的安全性和一致性，共识算法应运而生。
共识算法确保了网络中的各个节点就数据状态达成一致，防止恶意节点篡改数据，从而维护了区块链的信任基础。
2. 共识算法的分类区块链共识算法可以分为以下几类：•工作量证明（Proof of Work, PoW）：最早的共识算法，通过计算难题来决定记账权，具有高度的安全性，但能耗高、效率低。
•权益证明（Proof of Stake, PoS）：根据节点持有的权益来决定记账权，能耗低、效率高，但存在中心化风险。
•股份授权证明（Delegated Proof of Stake, DPoS）：由持币者投票选出代表节点进行记账，效率高，但中心化程度更高。
•拜占庭容错算法（Byzantine Fault Tolerance, BFT）：能够容忍一定比例的恶意节点，具有高度的安全性，但效率较低。
3. 共识算法的安全性共识算法的安全性是区块链技术的基石。
PoW算法通过计算难题来保证安全性，攻击者需要付出巨大的算力才能篡改数据。
PoS和DPoS算法通过经济激励机制来保证安全性，攻击者需要付出巨大的经济代价才能篡改数据。
BFT算法通过多节点投票来保证安全性，攻击者需要控制超过一定比例的节点才能篡改数据。
4. 共识算法的效率共识算法的效率直接影响了区块链的性能。
PoW算法的效率最低，需要消耗大量的算力。
PoS和DPoS算法的效率较高，但仍然存在可扩展性问题。
BFT算法的效率较低，但可以通过优化算法来提高效率。
区块链共识机制（POW、POS、DPOS等）的优缺点
区块链共识机制（POW、POS、DPOS等）的优缺点⼀、POW：⼯作量证明机制基本原理：第⼀代共识机制，⽐特币的基础。
理解起来，很简单，就是“按劳取酬”，你付出多少⼯作量，就会获得多少报酬（⽐特币等加密货币）。
在⽹络世界⾥，这⾥的劳动就是你为⽹络提供的计算服务（算⼒x时长），提供这种服务的过程就是“挖矿”。
假如是真的矿场，显然在均匀分布的前提下，⼈们“挖矿”所得的⽐重与各⾃提供的算⼒成正⽐，通俗⼀点就是，能⼒越强获得越多。
优点：机制本⾝当然很复杂，有很多细节，⽐如：挖矿难度⾃动调整、区块奖励逐步减半等，这些因素都是基于经济学原理，能吸引和⿎励更多⼈参与。
理想状态，这种机制，可以吸引很多⽤户参与其中，特别是越先参与的获得越多，会促使加密货币的初始阶段发展迅速，节点⽹络迅速扩⼤。
在CPU挖矿的时代，⽐特币吸引了很多⼈参与“挖矿”，就是很好的证明。
通过“挖矿”的⽅式发⾏新币，把⽐特币分散给个⼈，实现了相对公平。
缺点：算⼒是计算机硬件（CPU、GPU等）提供的，要耗费电⼒，是对能源的直接消耗，与⼈类追求节能、清洁、环保的理念相悖。
不过，如果⾮要给“加密货币”找寻“货币价值”的意义，那么这个⽅⾯，应该是最有⼒的证据。
这种机制发展到今天，算⼒的提供已经不再是单纯的CPU 了，⽽是逐步发展到GPU、FPGA，乃⾄ASIC矿机。
⽤户也从个⼈挖矿发展到⼤的矿池、矿场，算⼒集中越来越明显。
这与去中⼼化的⽅向背道⽽驰，渐⾏渐远，⽹络的安全逐渐受到威胁。
有证据证明Ghash（⼀个矿池）就曾经对赌博⽹站实施了双花攻击（简单的说就是⼀笔钱花两次）。
⽐特币区块奖励每４年将减半，当挖矿的成本⾼于挖矿收益时，⼈们挖矿的积极性降低，会有⼤量算⼒减少，⽐特币⽹络的安全性进⼀步堪忧。
扩展阅读：51%攻击解析⼆、POS：股权证明机制。
基本原理：这是点点币（PPC）的创新。
没有挖矿过程，在创世区块内写明了股权分配⽐例，之后通过转让、交易的⽅式（通常就是IPO），逐渐分散到⽤户⼿⾥，并通过“利息”的⽅式新增货币，实现对节点的奖励。
区块链共识算法性能比较
区块链是一种分布式数据库技术，它通过去中心化的方式记录和验证交易，从而保证数据的真实性和不可篡改性。
区块链中的共识算法是用来确定每个新交易的有效性和合法性的机制。
目前，区块链领域中有多种共识算法，每种算法都有其特点和性能优势。
下面将对几种常见的区块链共识算法进行比较和分析。
1. 工作量证明（Proof of Work，PoW）：PoW算法是最早的区块链共识算法之一，它要求矿工在验证交易和创建新区块时，通过解决复杂的数学问题来证明自己的计算能力。
这种方法需要大量的计算资源和能源消耗，因此被认为是能源密集型和浪费的。
然而，PoW算法提供了较高的安全性和可靠性，并且能够在较短的时间内达成共识。
2. 权益证明（Proof of Stake，PoS）：PoS算法通过要求矿工抵押一定的数字资产来参与区块链共识过程。
矿工的抵押资产越多，其在区块链中的地位越高，获得奖励的机会也越多。
PoS算法降低了对计算能力的需求，减少了能源消耗，因此被认为是环保和可持续的。
然而，它也存在一些问题，如作弊和欺诈行为等。
3. 委托权益证明（Delegated Proof of Stake，DPoS）：DPoS算法是一种改进的PoS算法，它允许用户委托投票给其他用户来代表他们参与区块链共识过程。
DPoS算法提高了区块链的交易处理速度和效率，减少了等待时间。
然而，它也存在一些问题，如信任问题和作弊行为等。
4. 拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerance，BFT）：BFT算法是一种适用于具有故障节点情况的共识算法。
它通过引入一些协议和机制来确保在故障节点存在的情况下，区块链仍然能够正常工作。
BFT算法在处理故障节点方面表现出色，但同时也需要更多的计算资源和能源消耗。
综合考虑，每种共识算法都有其特点和优势，适用于不同的场景和需求。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的共识算法，并考虑其性能、安全性和可靠性等因素。
此外，随着区块链技术的发展和演进，未来可能会出现更加高效、安全和可靠的共识算法，以满足不断增长的市场需求。
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区块链共识算法的比较
摘要：区块链共识算法结合了区块链技术中的去中心化以及如何让比特币平台
平稳运行等技术，现在该算法已经成为了金融领域的重点技术之一。
区块链共识
算法技术框架当中最为重要一点的就是共识机制，能够在去中心化的前提下解决
互相信任节点的问题。
区块链在不同节点中达到相对平衡也是主要因为共识机制。
文章介绍并比较了几种不同的共识算法，并对各算法进行了比较。
关键词：区块链；共识算法；算法比较
1.前言
区块链技术最先出现在《比特币：一种点对点式的电子现金系统》当中，现
在起可行性已经被比特币所充分证明。
区块链技术最大的优势就是能够在去中心
设计的分布数据库当中使用时间戳和不对称秘钥加密算法等技术来应用对等式网
络进行去中心化信用交易，进而解决中心化模式当中必然会存在的可靠性差和计
算效率低下等一系列问题。
2.区块链的定义与结构
随着我国社会经济的不断发展，以及加密货币交易价格的不断攀升，人们随
之逐渐加大了对区块链的研究。
区块链更是在时间的不断推移下，得到了人们的
广泛应用。
区块链的实现，可以为用户提供有效且可靠的数据。
由于数据在每个
节点上都有着一定的副本，所以可以将其视为分布式数据库，而这个数据库只能
允许通过添加的方式进行修改后或者是插入数据，不能允许删除这一操作。
另外，同一条区块链的各个节点使用密码学相关协议，在允许存在一定比例的恶意节点
的情况下，共同维护链上数据。
因此，可以说区块链看做是创造信任的机器。
3.区块链各共识算法优劣性比较
目前区块链常见的共识算法大致可分为四类。
这四个共识算法都有着不同。
由于现如今还没有一种共识机制是完美无缺的，也就是说，现如今各共识机制都
有着一定的有优劣性，本文就将针对这四种共识算法的优劣性进行相应的比较。
3.1工作量证明算法
对于工作量证明算法，我们可以用一句话对其进行概括，那就是干的越多，
收到的就越多。
工作量证明算法主要是依靠计算器进行数学运算，该过程重要的
目的是为了从中获取记账权，由于其资源消耗相比其它公式机制高、可监管性弱，所以，若需要同时进行每次的共识达成需要全网共同参与到运算过程中，该过程
中不仅其性能效率普遍偏低，而且其容错性只允许全网50%节点出错。
由此可见，工作量证明算法的有点主要在于以下几个方面：（1）算法十分简单，且很容易
实现。
（2）节点之间是不需要通过变换其它信息就可达成的共识。
（3）破坏系
统需要投入极大的成本。
工作量证明算法的缺点主要在于以下几点：（1）能源
浪费率较高.（2）区块的确认时间难以缩短。
（3）新的区块链必须找到一种不同
的散列算法，不然就会面临比特币的算力攻击。
（4）在实际的应用过程中会产
生许多的分叉，且需要等待对个确认。
（5）永远没有最终性，需要检查点机制
来弥补最终性。
以上就是工作量证明算法的优劣性，相关人员在使用的过程中一
定要对其加以重视。
3.2权益证明算法
对于权益证明算法而言，若需要用一句话对其进行概括的话，那就是：持有
越多，获取将会越多。
权益证明算法的主要思想是节点记账权的获得难度与节点
持有的权益成反比。
相比于工作量证明算法，权益证明算法则在很大程度上减少
了数学运算带来的一些资源消耗，其性能也比工作量证明算法提高了许多。
虽然
权益证明算法在很大程度上都得到了提升，但其依旧是基于哈希运算竞争获取记
账权的方式，其的可监管性依旧落后。
权益证明算法与工作量证明算法唯一相同
的一个地方就是，权益证明算法公式机制的容错性与工作量证明算法一样。
因此，可以说权益证明算法其实是工作量证明算法的一种升级共识机制，根据每个节点
所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度。
对
于权益证明算法而言，权益证明算法的优点主要在于：能够在缩短公式达成时间
的同时，不需要大量消耗能源挖矿。
其缺点主要在于：还需要挖矿，而且再次过
程中的所有确认都只是一个概率上的表述，而并不是确定性的事情，且从理论的
角度看，可以了解到其很可能存在其它攻击的影响。
3.3股份授权证明算法
股份授权证明算法其要求节点提供拥有一定数量的代币证明来获取竞争区块
链记账权的一种分布式共识机制。
根据相关的研究调查可以发现，股份授权证明
算法的优势主要可体现在：其能够在一定程度上缩短达成共识的时间，并减低资
源浪费的现象。
而其缺点主要在于：（1）破坏者对网络攻击的成本低，网络安
全性有待提高。
（2）拥有代币数量大的节点获得记账权的几率更大，其会在很
大程度上让全网的共识受到少数富裕账户支配，从而在本质上失去了公正性。
3.4PBFT算法
对于PBFT算法而言，PBFT算法可以在在保证活性和安全性的前提下提供了(n-1)/3的容错性。
根据对其的研究调查也可以发现，PBFT算法的优点主要可体现在以下几个方面：（1）吞吐量高。
（2）在交易的过程中，其交易时间较短。
PBFT算法的缺点在于：（1）节点数量是固定的。
以上就是PBFT算法的优劣性，相关人眼需要对其加以重视。
3.5各算法的综合比较
通过上述挨个对共识算法的分析可以看出，各共识算法之间的优劣性是不同的。
其中速度最优的共识算法是PBFT算法。
而最优节点数则是工作量证明算法
与权益证明算法。
通过图一，可以看出现如今的资本市场对共识算法的认可程度
到底是怎样的。
图一区块链市值比较
4.结束语
共识机制有效的解决了区块链技术在分布式场景下难以达到一致性的问题，
通过去中心化和网络成本以及安全机制等多个方面可以对公式算法进行评估，该
技术未来创新技术在于降低共识算法复杂的程度。
有关工作实践表明现在基于工
作证明的共识算法已经渐渐的退出了市场，不消耗能源的共识算法会受到越来越
广泛的欢迎，这也是市场发展的主要趋势。
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