白硕：共识机制将如何演进和发展？三大趋势和新模式了解一下

文丨互链脉搏·李秀琴

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11月30日，在由迅雷集团承办、互链脉搏支持的“2018国际区块链大会共识机制专题论坛”上，丹渥智能董事长、智子社区首席顾问、ChinaLedger技术负责人白硕参与大会并发表了题为“区块链共识机制的演进及未来发展方向”的演讲。

图：丹渥智能董事长、智子社区首席顾问、ChinaLedger技术负责人白硕

白硕从共识机制的演进特点和未来发展趋势两方面阐述了他的研究成果。其认为，从效率、安全和开放性这三方面去评价共识算法，Algorand优势明显。

他将区块链共识机制的演进趋势总结为三点：

从多到少；

从链到图；

从确定到随机。

但白硕认为少并不一定就是好。随着参与共识的节点变少，目标集中还将带来“安全风险集中”和“不能抵抗阻断举措”的问题。

具体而言，在从多到少的演进中，逐步减少共识传播环节，降低共识复杂性；在从链到图的演进中，缩短证据链长度，降低存储开销；在从确定到随机的演进中，扩大混淆范围，降低共识节点被攻击概率。

在他看来，未来共识机制将向应用场景拓展。他还提出一种新的应用场景——撮合挖矿模式。即“把交易所撮合的结果和撮合的流程分解开，一部分人做撮合，一部分人验证撮合，在验证撮合的时候进行共识。”

话不多说，以下为白硕的演讲全文，互链脉搏对其进行不改变原意的编辑（enjoy~

白硕：

大家好！今天跟大家分享共识的话题。

共识机制的由来跟分布式系统有关系，大家在做分布式系统时候集中的诉求，可表现为以下三方面：

一是一致性。就是同一时刻各个副本节点上的数据是同样的。

二是可用性。某些节点出现故障的情况下，仍有节点提供同样的服务。

三是分区容忍性。即有些失联场景下，另外的节点仍可提供服务。

不幸的是，这三个诉求不能同时满足。难点有两个：一是坏人的存在，有一些人故意作恶，把问题搞得特别复杂；另一个引入复杂性的来源是所谓“在途”，网络可能非常复杂。

如果你不做这种同步的假定，而是在异步的情况下在途更加复杂，问题更加复杂化。所以带着这些问题，可将刚才说的归结为拜占廷将军问题，它的理解是要对其做一些简化或一些限定，比如说在途复杂性限定为某种意义上最终的同步，对于坏人的存在要求有一定的比例，坏人不能太多，如果太多会出现麻烦。

另外，这其中有好消息和坏消息。坏消息就是刚才三个诉求不能同时达到满足，好消息是如果最终同步成立的话，拜占廷可解，可解还是有条件的，好人要大于2/3。

在比特币出来之后，即在POW共识机制的假设场景下，好人大于一半就可以达成共识。在这其中又是好坏消息交杂，而且随着过程逐渐推进，区块链在应用落地时，它的实践性，就是实际可用、可以达成共识的机制条件还是相对较宽。

共识机制成为区块链的技术基石

共识机制是区块链的技术基石，对此，存在四大看点：数据组织上有它的特色，认账就是共识机制上的特色，可编程性，智能和约这方面有它的特色，还有自带激励在博弈规则方面有它的特色。

为什么要讲博弈规则？我看到现在有倾向把博弈、机制设计、利益因素带进了共识，共识不再是进行表决的一个孤立的事件，而是跟历史、时间快慢相关，这些因素都进来之后，日渐呈现一种五花八门的状况。

基于证明是一类，如POW、POS、DPOS；基于投票的有PBFT、PAXOS、RAFT；还有基于随机性的，其分两个阶段，一个阶段是用随机性产生一个小的集合，第二个是用小的集合来按照投机与投票的方式来做，可以看这三大门类。

1、基于证明的共识机制

首先看基于证明的共识机制，其将证明通过广播呈现，并通过历史来继承。因为网络复杂性，这其中看到的历史不一定是真实的历史，需要历史沉淀和消化，在沉淀和消化过程中可能会出现反驳。只要反驳出现，就要放弃原有的证明，但是会等一段时间，比如比特币等六个，如果六个连续都没有反驳出现我就要把这个确定下来，这是持续一段时间如果没有反驳出现就要确认。基于证明和反驳的共识机制，是公链上目前主流的一种机制。

2、基于投票的共识机制

基于投票的共识机制，其范围是封闭的，但该技术也在改进，从源头上看，投票者需要被以一种方式联编，联编后一轮一轮做，投票事项孤立，可以不跟历史有任何关联。历史因素、时间因素乃至博弈因素都没有办法建立，只是依靠数学和算法。

随着节点的增加，这三者实际上是互动的，因为投票要求互动，这些互动的数据传输量非常可靠，以上就是节点增加，流量也会跟着增加。

各共识机制的评价：Algorand 表现最佳

如图所示，从效率、安全和开放性这三方面来做评价。POW效率较低，安全程度较高，是开放的；POS效率中等，安全中等，是开放的；DPOS效率高，安全低，是开放的；PBFT效率中等，安全高，不开放；RAFT效高的，安全性低，不开放；因为不是拜占廷，Algorand效率高，安全性也高，也开放。

从这个表格上，大家估计能看出我的倾向。

共识机制演进新趋势：从多到少 从链到图 从确定到随机

再来看共识机制演进的新趋势。

从多到少，是指参与共识的节点；从链到图是证明的呈现方式或者历史的组织方式；从确定到随机指的是这种参与共识的节点的选择机制。

趋势一：从多到少

少就是好吗？少确实快，但是参与共识的节点少了之后目标愈为集中。

目标集中将带来两个问题。

其一，安全风险集中。如果参与共识的少数节点配置同质化，漏洞也将同质化，被人抓住了漏洞，尤其是可以掌控平台的全部权限的漏洞，后果将非常严重。所以当360揭示了EOS安全漏洞事件之后，EOS反应非常谨慎，必须得处理这件事。

其二，不能抵抗阻断举措。一个少数节点参与共识，如果将通过相同少数节点的道路阻断，就形成不了一个共识。恰恰是目前提倡的将不可治理的区块链和可治理的区块链进行隔离和有条件导通，如果这件事情做成，那么那种就更不可行。所以，少不一定好，少有它抗拒不了的一些因素，对它不利。

趋势二、从链到图

从链到图，我们经常说的DAG，就是有向无环图。基于这个可以看到很多新的玩法。它的总的思想是在比特币里看到历史给现在的证明是通过链的方式组织的，一些新的花样都是基于图的。历史给现实的证明图谱不是链式而是图。

趋势三、从确定到随机

第三个趋势是，从确定到随机。

那么，AlgoRand为何受到重视？整个链很多人都有使用权，但是在DPOS这种共识机制下，只有少数节点有共识权，一旦被攻击、腐蚀，他们就可能做出错误的共识。

而AlaWgoRand改变了这件情。怎么改变的？很多节点都有潜在控制权，谁得到实际控制权是随机产生，而且每次都不一样和可变，这种变化下，事实上还是少数节点在做共识，通过这种将目标游动、打散，从而在面对特定攻击时可产生抵抗力。

在此其中，随机是怎么产生的？大家知道伪随机数虽然由算法产生，但经不起攻击。AlogRand采用一种随机抽签的方式，每一轮都有种子，然后潜在的共识者用私钥签名，再得到凭证，拿凭证筹建，抽到签的成为验证者，这些在较小范围的验证者经过拜占廷共识，得到一个共识输出，这是一轮。下一轮又要变下一轮的种子…如此一轮又一轮，每一轮的潜在范围有变化，其具体抽出来的验证者也会不一样。

AlogRand面临的挑战在于真随机性。

如图所示，固定种子伪随机的方式有很多攻击手段，所以不安全而可变种子，其中有不同的做法。大家认为真随机的做法有一些物理条件决定下一轮种子，这里的物理条件，如天气、温度、气压等等，人不可掌控的因素决定下一轮的种子。

AlagRand，不算真随机，比伪随机有一些进步，在安全性上有抗打击能力。

总结而言，整个共识机制演进的逻辑，从多到少减少了传播的环节，降低了共识复杂性。从链到图，可以缩短证据链长度，降低存储开销。从确定到随机，扩大了混淆或者潜在共识者范围，从而降低共识节点被攻击的概率。

共识机制向应用场景拓展

共识机制也在向应用场景进行拓展。其中有拆解、执行与验证过程，其可在很多场景下拆解出来，然后变成一个共识的过程。这里边理论、历史，区分时间关系，我们一一说。

1、基于证明的共识

基于证明的共识有一个共性——验证易，求得难。凡有这种非对称性，即可理解为求解和验证之间存在非对称性，原理上都可用作共识。

2、算力、存储挖矿

算力/存储挖矿其实也可以。内容分发，缓存体系等，可把缓存的贡献记入在内。

3、AI挖矿

AI也可以用来挖矿，根据对他们提交的结果进行裁决来实现。比如一个原始数据进行学习，训练集中发布给社区，测试集留下他们来裁决，这是一种架构。

4、撮合挖矿

今年10月31日，我和几位合作伙伴上传了一种新技术，叫撮合挖矿。如何理解，即把交易所撮合的结果和撮合的流程分解开，一部分人做撮合，一部分人验证撮合，在验证撮合的时候进行共识。

这其中的原则，就是要拆解，把撮合的订单簿的本身撮合过程，和持仓调整过程，进行竞争撮合。率先撮合出来的可以获得一定的奖励，撮合错了也会得到相应惩罚。

如图所示，这其中的订单簿，在裁决时被拆解，会从量价的检验和交易对手正确性检验的两个纬度进行拆解、独立，然后验证。这样一来，验证时间远小于撮合时间，非对称性就成立了。

整合过程，持仓检查和持仓调整交给裁决来做，撮合只关心量价，只对量价进行撮合，这不仅提高了效率，也提高了持仓的安全性。

拆解这种思想，其实对于实体经济也是可以用的。

因为实体经济当中有一些众包因素，而且越来越多。共享经济下，每个人都是签约的干活方，即签约外包方，真正公司的实际雇员和正式雇员将慢慢淡化。在这种淡化趋势下，工作干得怎么样，谁在干，这件事也是可以拆解开的，那么，之后怎么激励也将涵盖在其中。

隐私共识的要求更高。在没有看见实体是什么的情况下，要对其满足一个等式的进行共识。比如，同态加密可以做这样的事情，其他的也可以做这样的事情，这就是是隐私共识。

关于共识机制的发展脉络和未来趋势的看法就讲到这，谢谢大家。

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互链脉搏（ID：HiveEcon）

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