区块链：3共识算法 PoS机制DPoS机制

Posted 2021-06-02 DonquixoteXXXXX

区块链：3、共识算法 PoS机制、DPoS机制

一、PoS机制

1、基本概念及产生

PoW背后的基本概念很简单:
工作端提交已知难于计算但易于验证的计算结果，而其他任何人都能够通过验证这个答案就确信工作端为了求得结果已经完成了量相当大的计算工作。

由于PoW机制存在明显的弊端。人们提出了一些工作量证明的替代者。权益证明( Proof of Stake, PoS)就是其中的一种方法。

权益证明要求用户证明拥有某些数量的货币(即对货币的权益)，点点币( Peercoin)是首先采用权益证明的货币，尽管它依然使用工作量证明挖矿。

2、PoS的应用

点点币在SHA256的哈希运算的难度方面引人了币龄的概念，使得难度与交易输人的币龄成反比。在点点币中，币龄被定义为币的数量与币所拥有的天数的乘积,这使得币龄能够反映交易时刻用户所拥有的货币数量。

实际上，点点币的权益证明机制结合了随机化与币龄的概念,未使用至少30天的币可以参与竞争下一区块，越久和越大的币集有更大的可能去签名下一区块。
然而，一旦币的权益被用于签名一个区块， 则币龄将清为零,这样必须等待至少30日才能签署另一区块。
同时，为防止非常老或非常大的权益控制区块链，寻找下一区块的最大概率在90天后达到最大值，这一过程保护了网络，并随着时间逐渐生成新的币而无需消耗大量的计算能力。

点点币的开发者声称这将使得恶意攻击变得困难，因为没有中心化的挖矿池需求，而且购买半数以上的币的开销似乎超过获得51%的工作量证明的哈希计算能力。

权益证明必须采用某种方法定义任意区块链中的下一合法区块，依据账户结余来选择将导致中心化，例如单个首富成员可能会拥有长久的优势。为此，人们还设计了其他不同的方法来选择下一合法区块。

3、随机区块选择

NXT币和黑币采用随机方法预测下一合法区块，使用公式查找与权益大小结合的最小哈希值。由于权益公开，每个节点都可以合理的准确度预计哪个账户有权建立区块。

4、基于权益速度的选择

瑞迪币(Reddcoin)引人权益速度证明，即鼓励钱币的流动而非囤积。通过给币龄引入指数衰减函数，使得1币的币龄不会超过2币月。

5、优点

1）不需要消耗大量的电力就可以保证 区块链的安全性。据估计，比特币和以太坊的共识机制，每天都会耗费超 过 100 万美元的电力和硬件成本。

2）由于不再需要大量能源，就不需要通过尽可能多的发行新币来激励参与者，从而降低网络的压力。理论上甚至有可能出现负净发行，其中一部分交易费用被“烧掉”，因此供应随着时间的推移而下降。

3）权益证明为更广泛的使用博弈论机 制设计的技术敞开了大门，以便更好地阻止中心化垄断的形成，以及（如果确实形成了中心化垄断）伤害网络的行为（例如像工作证明中的 selfish mining）。
降低中心化风险之后，经济规模的扩大便不是问题。在工作量证明机制中，当资本多到一定程度， 便可以投入更大规模的生产设备，拉大和其他人的差距（投入一千万的成本所获得的收益不只是投入一百万的 十倍）。而在权益证明机制中，一千万的投资只能保证获取一百万投资的十倍的收益。

4）相对于工作量证明，能够使用经济处罚来大大提高各种形式的 51％ 攻击的成本

二、DPoS机制

1、原理

PoW机制和PoS机制虽然都能有效地解决记账行为的一致性共识问题，但是现有的比特币PoW机制纯粹依赖算力，导致专业从事挖矿的矿工群体似乎已和比特币社区完全分隔，某些矿池的巨大算力俨然成为另一个中心， 这与比特币的去中心化思想相冲突。

PoS机制虽然考虑到了PoW的不足，但依据权益结余来选择，会导致首富账户的权力更大，有可能支配记账权。

股份授权证明机制(DelcgatedProofofStake，DPoS)的出现正是基于解决PoW机制和PoS机制的这类不足。

比特股( Bitshare)是一类采用DPoS机制的密码货币，它期望通过引人一个技术民主层来减少中心化的负面影响。

比特股引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个(N通常定义为101 )候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数(N)需满足至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期(1天)更新一次。 见证人然后随机排列，每个见证入按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPoS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人(矿池),只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

比特股还设计了另外一类竞选，代表竞选。选出的代表拥有提出改变网络参数的特权，包括交易费用、区块大小、见证人费用和区块区间。若大多数代表同意所提出的改变，持股人有两周的审查期，这期间可以罢免代表并废止所提出的改变。这一设计确保代表技术上没有直接修改参数的权利以及所有的网络参数的改变最终需得到持股人的同意。

2、优点

大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。

参考文献

[1]邹均.张海宁.唐屹.李磊.区块链技术指南.机械工业出版社
[2]教授玩币.CHIA（起亚）投研报告.https://xw.qq.com/cmsid/20210430A05WVL00