深入解读基于DPoW共识机制的区块链技术

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什么是共识机制?

先简单介绍什么是共识机制。

虚拟货币和区块链相辅相成,同时,区块链又是虚拟货币的基础技术架构,构成区块链的基础是共识机制。作为一个基于互联网的去中心化记账的系统,区块链在没有强有力中心化角色控制的情况下,参与到区块链中的所有节点需要达成共同认知机制,建立起相互信任的关系。

区块链并不仅是一种技术,重构了互联网的世界,更重要的是对人类现有的社会信任结构和写作方式产生了重要和深远的影响。然而由于思维、习惯和技术实践的不同,想要真正实现去中心化是非常困难的。目前全球所有的区块链技术尝试中,往往是效率和去中心化不可兼得。

虚拟货币的翘楚——比特币,为实现去中心化的目的,但需要十分钟出一个块。当前势头正猛的EOS,选择用21个超级节点出块,有评论认为其提升了效率但是却牺牲了一些公平性和安全性。。

区块链的主流共识机制目前有这几种:PoW、PoS、和DPoS。比特币和以太坊采用PoW, EOS采用的是DPoS。

共识机制是区块链的核心技术,而PoW和DPoS这两种共识机制的优点在于节点加入自由和无需审查,这两种机制是目前在虚拟货币领域应用较为广泛的共识机制。

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PoW

PoW(Proof of Work,工作量证明机制),也就是比特币的挖矿机制。既是用”work”来证明自己的又能力完成任务,并且已经为此付出的“劳动”。

工作量的选取标准是什么呢?

首先是有一定的难度的,并且该工作量能够被简单确认,另外给予工作量多少、贡献程度、时间、占用资源情况等维度,给予奖励,且具有良好的可扩展性。还有一点:取得工作量需要耗费一定成本。

PoW背后的基本概念其实很简单:工作端提交已知难于计算,但是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能确认提交验证的那个工作端,为了求得结果已经完成大量的计算工作。

如上文提到,比特币和以太坊都是基于PoW的共识机制。随着技术递进,以及全球更多组织和个人的协作和参与,对PoW共识机制的认识愈加清晰。

PoW的优点:

1.绝对的去中心化,避免了建立和维护中心化信用机构的成本。

2网络破坏者想要攻击和篡改链上的数据,需要有超过总网络50%以上的算力才有机会能成功,而且

3、攻击者总是面对一个经济学的选择:

(1)破坏网络,使已经投入的算力资源归零或者

(2)加入网络,遵守规则,获得利益,并使这个网络更加强大。

PoW的缺点:

1.PoW机制的共识达成的周期较长,比特币网络每秒可以完成数百万亿次SHA256计算,但这些计算除了使恶意攻击者不能轻易伪装成几百万个节点和打垮比特币网络,并没有实际意义。由于比特币网络每秒只能最多做7笔交易,无法开展商业应用,只能是一种“虚拟”游戏。

2.挖矿的激励机制也造成矿池算力的高度集中,整个网络控制在具有超大算力的矿池手中,存在的一定的安全隐患。

3.目前比特币挖矿造成大量的资源浪费。

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DPoS

现有的PoW机制纯粹依靠算力,导致专业从事挖矿的矿工群体似乎已经和比特币社区完全分离,某些矿池巨大的算力俨然成为个“中心”。 DPoS(Delegated Proof of Stake,股份授权证明机制)的出现是为了解决PoW这类机制的不足。

DPoS机制,类似于董事会投票。以EOS来说,它引入了见证人的概念,持股者投票选出一定数量的见证人,每个见证人按序有两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段对应的见证人。

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21个见证人(区块生产者),可以视为21个委托人,持股人,也就是持币者可以随时通过投票更换这些见证人,如果他们提供的算力不稳定,宕机,或者出现套利和作恶,都会被剔除见证人行列。

当然,以上是这个机制的美好预计。

DPoS比起PoW来说,优势主要体现在速度上。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速,也更加节能,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。

正如前面所说,鱼和熊掌不可兼得,基于DPoS的EOS缺陷也非常突出,主要是以下几点:

1.大量集中的投票权。整个网络的记账权在见证人手里,由于EOS每年仅增发5%,目前EOS币已经发放了超过80%。现在以及未来,EOS的主要掌握在少数大户手中。根据tokenclub的数据统计,前十名占到总票仓的47.6%,前30名占到了66.02%,前100名占到75.07%。

大户手里的票不卖出,他们可以一直控制谁是区块生产者,后面的利益交换,与去中心化的理想相去甚远。

2.在网络节点数少的场景,选举的见证人的代表性也不强。

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DPoW

目前主流的共识机制无法兼顾到效率和去中心化。没有效率的区块链只会是实验室里的游戏,仅有效率却没有去中心化的区块链只能成为大户收割的狩猎场。

有没有什么共识机制能够在去中心化与效率之间取得一个较好的平衡,并且能够基于地城矿工足够的动力投资硬件资源?如果把“取得记账权”和“出块获取奖励”这两个动作分开,就能达到平衡的目的。

这需要先说明什么叫PoB。

PoB(Proof of Burn)叫做焚烧证明机制。来源:https://en.bitcoin.it/wiki/Proof_of_burn

PoB是一种通过焚烧自己手中的代币来表决谁拥有对网络的领导地位的承诺。焚烧代币的数量越多,能获得网络领导地位的概率越高。

在基于DPoW的区块链中,矿工mining所获得的不再是奖励的代币,而是可以焚烧的“wood”,燃木。矿工使用自己的算力,通过哈希算法,最终证明自己的工作量之后,获取对应的wood,wood不可交易。当wood积攒到一定量之后,可以前往燃烧场地燃烧wood。通过一组算法,燃烧较多wood的人或者BP或者一组BP可以获取下个事件段出块的权利,成功出块后获取奖励(代币)。由于一个时间段内可能会有多人燃烧wood,下一个时间段出块的概率由自己燃烧wood数量决定。焚烧的越多,下一段时间可以获得出块权利的概率越高。

这样可以让算力和出矿权利达到一个平衡。不一定非要庞大算力的矿工、矿池才能成为区块生产者。小矿工也有春天,只要辛勤劳动,积攒一定数量的wood,也能出块。保证效率,人人参与,最平民化的参与方式保证了去中心化的理念,避免拥有算力的组织或者持币大户把持网络。

DPoW在以往区块链技术的实践中,总结更新,可以做到兼顾去中心化和效率,鱼和熊掌可以兼得。

有理由相信,在不久的将来,基于DPoW共识机制的区块链将相继出现,区块链的应用前景将向预想的方向迈进一大步。

文章内容参考:书籍《区块链技术指南》,简书X区块链密信。

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