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共识机制

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当涉及到像以太坊这样的区块链(本质上是分布式数据库)时,网络节点必须能够就系统的当前状态达成一致。 这是通过协商一致机制实现的。

虽然共识机制与建立 dapp 并无直接关系,但理解两者将有助于阐明与您和您的用户体验相关的概念,如 gas 价格和交易时间。

前置要求

为了让您更好地读懂本页面的内容,建议您先阅读:以太坊(Ethereum)项目介绍

什么是共识?

我们所说的共识,是指达成了普遍协议。 比如,一群人去看电影, 如果对电影的选择没有异议,那么共识就达成了。 在极端情况下,即没有对电影选择达成一致时,这群人就会分开。

对于区块链,达成共识意味着网络上至少有 51% 的节点同意网络的下一个全球状态。

什么是共识机制?

共识机制(也称为共识协议或共识算法)允许分布式系统(计算机网络)协同工作并保持安全。

几十年来,我们一直采用这些机制在数据库节点、应用程序服务器和其他企业基础设施之间建立共识。 近年来,有人发明了新的共识机制,使以太坊等加密经济系统能够就网络状态达成一致。

在加密经济体系中建立共识机制也有助于防止某些类型的经济攻击。 从理论上讲,攻击者可以通过控制 51% 的网络而破坏共识。 共识机制旨在使这种“51% 攻击”不可行。 人们设计、实现了不同的机制,以不同的方式解决这个问题。

共识机制类型

工作量证明

与比特币一样,以太坊目前使用工作量证明 (PoW) 作为共识机制。

创建区块

工作量证明是通过矿工来完成的,矿工们需要竞争以创建包含已处理交易的新区块。 优胜者将与网络中的其他节点分享该新区块,以获得新铸造 ETH。 谁的计算机能够最快解决数学难题,谁就能赢得这场竞赛。这个难题就是生成现有区块与以往区块之间的加密链接。 解决此问题就是“工作量证明”中的工作。

安全性

因为用户需要拥有超过网络中 51% 的算力才能够欺骗整条链,因此网络的安全得以保证。 这将需要巨大的设备与能源投入,所需的开支甚至可能超过收益。

关于工作量证明 (PoW) 的更多信息

权益证明

以太坊已经计划升级使用权益证明 (PoS) 来作为共识协议。

区块创建

权益证明由验证者完成,他们通过质押以太币参与到系统中。 系统将随机选择一位验证者来创建新区块,并将它们分享到网络从而获得奖励。 相较于需要用大量算力来完成计算,您只需要轻松地将您的以太币质押到网络。 这将有利于激励健康的网络行为。

安全性

您将需要 51% 的以太币来捣毁此区块链,因此权益证明系统相对来说比较安全。 同时您的权益将会因为您的恶意行为被扣除。

关于权益证明 (PoS) 的更多信息

直观指南

观看有关以太坊所用的不同类型共识机制的更多信息。

Sybil 抗性和链选择

现在,从技术上讲,工作量证明和权益证明本身并不是共识协议,但为了简单起见,它们通常被称为共识协议。 它们实际上是女巫防御机制和区块作者选择器;它们是决定谁是最新区块作者的一种方式。 这种女巫防御机制加上一种链选择规则,构成了真正共识机制。

女巫防御可衡量一个协议如何抗衡女巫攻击。 女巫攻击是指一个用户或团体假装成许多用户。 抵御这种攻击对去中心化的区块链至关重要,并使矿工和验证者能够在投入资源的基础上获得平等回报。 通过让用户花费大量能源或提供大量抵押品,工作量证明和权益证明可以防止这种情况。 这些保护措施是对女巫攻击的经济威慑。

链选择规则用于决定哪个链才是“正确”的。 以太坊和比特币目前使用“最长链”规则。这意味着,只要是最长的区块链,都会被其他节点视为有效节点并接受协作。 对于工作量证明链,最长链由链上累积的工作量证明总累积难度决定。

工作量证明机制和最长链规则结合称为“Nakamoto 共识”。

信标链使用了名为Casper the Friendly Finality Gadget的共识机制,该机制则基于权益证明。

延伸阅读

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