区块链行业技术引卷之三：主流区块链共识机制的简介与比较

研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值 1 [Table_Summary] 主流区块链共识机制的简介与比较 ——区块链技术引卷之三 通证通研究院 FENBUSHI DIGITAL 区块链研究报告 专题报告 行业研究 2018.12.26 通证通 x FENBUSHI DIGITAL 分析师：宋双杰，CFA Email:master117@bitall.cc 分析师：孙含儒 Email: sunhanru@bitall.cc Fenbushi Digital 投资总监：Rin Email: r.huang@fenbushi.vc 特别顾问 沈波 JX 更多研究请关注公众号获取 通证通研究院 FENBUSHI DIGITAL 请务必阅读最后特别声明与免责条款 导读：本文介绍主流共识机制的特点，探讨共识机制分类的标准并作出分类。 摘要： 在区块链被发明后的近十年历程里，不断有新的共识机制被创造出来。有些算法在工作量证明的基础上作出改进，有些则将传统的分布式容错算法运用到区块链网络中。我们尝试将共识机制的“容错”、“节点参与共识过程的资格”、“形成共识的依据”、“共识的内容”等要素作为区分不同类别共识机制的标准，将共识机制分为竞争记账权间接形成共识的 Proof of X 类、投票直接形成共识的 BFT 类、选举代理人间接参与共识的代理类以及舍弃传统区块概念的 DAG 类共识。 BTC 的初衷是建设一个开放的公共区块链基础设施，网络中的节点可以自由地加入及退出，平等地竞争记账权。如果节点获得记账权的概率与该节点拥有某种难以垄断的资源的比例相关，并存在算法能够快速验证某个节点确实拥有这部分资源，就称这类共识机制为 Proof of X 类共识，X 代表竞争记账权所需要的资源。这类共识机制包括以算力竞争的 PoW、以权益竞争的 PoS，以及针对 PoS 的一些缺陷作出改进的 PoA、PoSV、Casper 等，以及按其他不易垄断的资源分配记账权的 PoST、Proof of Authority 等。 BFT 类共识机制与 Proof of X 采用了不同的思路形成非中心化的共识，并且同样能容忍网络中的拜占庭错误，即通过对提案（区块内容）直接投票表决，相同意见的票数超过一定比例则作为决策共识的“直接形成共识”。主流的 BFT 类共识机制有pBFT、dBFT 以及 FBA。 代理类共识机制借鉴现实社会中的选举，节点可以作为参选人参加选举，也可以给参选人投票。节点控制的选票数量与其持有的某种权益或资源多少挂钩，网络定期按照节点的得票数选出一定数量的“共识节点”，仅由共识节点按照一定的共识算法完成区块链网络的共识过程。 DAG（有向无环图）是一类可以作为记录区块链交易历史的数据结构，不同于传统的将交易打包成区块，对区块形成共识的方式，IOTA 使用的 Tangle（缠结）共识能够对交易直接形成共识。 最后我们总结了区块链共识机制的分类方式，并且比较了 PoS、PoW、BFT 类共识的优势与缺陷。 风险提示：算力中心化风险、共识节点中心化风险 通证通研究院 x FENBUSHI DIGITAL 专题报告 研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值 2 目录 1 记账权的竞争——Proof of X 类共识机制 ..................................................................................... 4 1.1 Proof of Work 工作量证明 ................................................................................................................. 4 1.2 Proof of Stake 权益证明 ...................................................................................................................... 5 1.2.1 Peercoin——PoS 共识的先驱者 ..................................................................................................... 6 1.2.2 Nextcoin——“未来已经注定” ........................................................................................................ 6 1.2.3 传统 PoS 的安全性与缺陷 .............................................................................................................. 7 1.3 PoS 的改进共识机制 .......................................................................................................................... 8 1.3.1 PoA（Proof of Activity）活跃证明 ................................................................................................ 8 1.3.2 Casper——下一代 ETH 投注共识 .................................................................................................. 9 1.3.3 Ouroboros——首个可证安全的 PoS 共识算法 ............................................................................. 9 1.3.4 PoSV（Proof of Stake Velocity）权益流通证明 .......................................................................... 10 1.4 其他 Proof of X 类共识 ......................................................................