1. POW（Proof Of Work）

一句話(huà)介紹：勞動(dòng)致富，多勞者多得！

描述：POW中文翻譯是工作量證明。采用此共識(shí)的數(shù)字貨幣有比特幣、萊特幣等。工作量證明系統(tǒng)（或者說(shuō)協(xié)議、函數(shù)），是一種應(yīng)對(duì)拒絕服務(wù)攻擊和其他服務(wù)濫用的經(jīng)濟(jì)對(duì)策。它要求發(fā)起者進(jìn)行一定量的運(yùn)算，也就意味著需要消耗計(jì)算機(jī)一定的時(shí)間。這種系統(tǒng)要求得到證明的過(guò)程是低效且漫長(zhǎng)的，可是校驗(yàn)則是高效且迅速，概括起來(lái)就是求解難，驗(yàn)證容易。比特幣是第一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用，同時(shí)也是最著名的應(yīng)用之一，它所使用的共識(shí)機(jī)制就是POW。那么具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？在比特幣中，使用了SHA256這種哈希函數(shù)作為求解手段。SHA256有以下特征：

是一種散列函數(shù)，即相鄰的x1和x2，求得的f（x1）和f（x2）差別極大。

不可逆推，給定了f（x）的值，推斷不出輸入值。

不存在比窮舉更好的方法，可以使f（x）落在特定的范圍。

實(shí)際使用過(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要打包的交易數(shù)據(jù)相同，再?gòu)奈膊考右粋€(gè)隨機(jī)數(shù)（節(jié)點(diǎn)自己選）作為整體輸入來(lái)求輸出值，把結(jié)果和當(dāng)前的挖礦難度對(duì)比（要求輸出值前x位為0），滿(mǎn)足條件則向附近節(jié)點(diǎn)廣播；不滿(mǎn)足則更換隨機(jī)數(shù)繼續(xù)求解。最快求得解的節(jié)點(diǎn)，則可以視為挖礦勝出，取得其他節(jié)點(diǎn)的共識(shí)。

目前比特幣已經(jīng)吸引了全球大部分的運(yùn)算能力，其他再使用PoW共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的計(jì)算能力來(lái)保障自身的安全，從而無(wú)法復(fù)制比特幣的輝煌；同時(shí)由于挖礦造成大量的資源被浪費(fèi)，共識(shí)達(dá)成的周期很長(zhǎng)，導(dǎo)致了比特幣的TPS（transaction per second，每秒執(zhí)行事務(wù)數(shù)量）極低，只有個(gè)位數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；節(jié)點(diǎn)間無(wú)需交換額外的信息即可達(dá)成共識(shí)；破壞系統(tǒng)需要投入極大的成本；

缺點(diǎn)：浪費(fèi)能源；區(qū)塊的確認(rèn)時(shí)間難以縮短；新的區(qū)塊鏈必須找到一種不同的散列算法，否則就會(huì)面臨算力攻擊；容易產(chǎn)生分叉，需要等待多個(gè)確認(rèn)；永遠(yuǎn)沒(méi)有最終性，需要檢查點(diǎn)機(jī)制來(lái)彌補(bǔ)最終性；

2. POS（ Proof of Stake）

一句話(huà)介紹：持有越多，獲得越多。

提出目的：解決POW51%攻擊

描述：

不同的曠工計(jì)算不同的數(shù)學(xué)難題，這個(gè)數(shù)學(xué)難題和你的擁有幣的時(shí)間/幣的多少持反比例。擁有幣時(shí)間越長(zhǎng)，難度越低。持有幣數(shù)量越多，難度越低。

POS通過(guò)區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)部的虛擬資產(chǎn)來(lái)管理安全性，根據(jù)節(jié)點(diǎn)持有的通證數(shù)量或者時(shí)長(zhǎng)來(lái)決定節(jié)點(diǎn)享有的權(quán)利大小。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的參與者鎖定他們?cè)谠搮^(qū)塊鏈上持有的虛擬資產(chǎn)（Coin或Token），他們會(huì)簽署消息以達(dá)成一致意見(jiàn)。只有那些已經(jīng)成為系統(tǒng)一部分的參與者才能夠決定下一個(gè)區(qū)塊的內(nèi)容。

PoW共識(shí)算法從經(jīng)濟(jì)角度，可以自然做到防止區(qū)塊鏈分叉（區(qū)塊鏈分叉的本質(zhì)就是網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊鏈的生成產(chǎn)生分歧，無(wú)法達(dá)成共識(shí)）。但是PoS則需要精心設(shè)計(jì)好相應(yīng)的規(guī)則來(lái)防止分叉，例如PoS可以設(shè)定懲罰機(jī)制，參與挖礦的礦工被要求鎖定一定數(shù)量的虛擬資產(chǎn)。如果他們被偵測(cè)到了存在不當(dāng)?shù)男袨椋瑒t系統(tǒng)會(huì)沒(méi)收全部或部分被鎖定的虛擬資產(chǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間；不再需要大量消耗能源挖礦。

缺點(diǎn)：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒(méi)有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn)；所有的確認(rèn)都只是一個(gè)概率上的表達(dá)，而不是一個(gè)確定性的事情，理論上有可能存在其他攻擊影響。例如，以太坊的DAO攻擊事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出現(xiàn)，事實(shí)上證明了此次硬分叉的失敗。

3. DPOS（Delegated Proof of Stake）

一句話(huà)介紹：POS的升級(jí)版

提出目的：POW/POS浪費(fèi)巨量算力。

描述： DPoS機(jī)制，中文名叫做股份授權(quán)證明機(jī)制（又稱(chēng)受托人機(jī)制），代表數(shù)字貨幣是EOS。它的原理是讓每一個(gè)通證的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投票，選出集中多數(shù)票的節(jié)點(diǎn)，例如100個(gè)，然后這些節(jié)點(diǎn)會(huì)行使類(lèi)似POS的權(quán)力。 DPOS利用利益相關(guān)方批準(zhǔn)投票的權(quán)力以公平和民主的方式解決共識(shí)問(wèn)題，所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從費(fèi)用估算到塊間隔和交易規(guī)模，都可以通過(guò)選定的代表進(jìn)行調(diào)整。從某種角度來(lái)看，DPOS有點(diǎn)像是議會(huì)制度或人民代表大會(huì)制度。如果代表不能履行他們的職責(zé)（當(dāng)輪到他們時(shí)，沒(méi)能生成區(qū)塊），他們會(huì)被除名，網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)取代他們。

優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證；更加去中心化的機(jī)制；擁有更高的處理效率

缺點(diǎn)：整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴(lài)于token，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要token存在的。

4. PBFT（PracTIcal ByzanTIne Fault Tolerance）

一句話(huà)介紹：解決一切出現(xiàn)的故障

描述：拜占庭假設(shè)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模型化，由于硬件錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)擁塞或斷開(kāi)以及遭到惡意攻擊，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)不可預(yù)料的行為。拜占庭容錯(cuò)協(xié)議必須處理這些失效，并且這些協(xié)議還要滿(mǎn)足所要解決的問(wèn)題要求的規(guī)范。

PBFT算法的核心理論是n》=3f+1 n是系統(tǒng)中的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，f是允許出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)數(shù)。換句話(huà)說(shuō)，如果這個(gè)系統(tǒng)允許出現(xiàn)f個(gè)故障，那么這個(gè)系統(tǒng)必須包括n個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能解決故障。

優(yōu)點(diǎn)：PBFT在很多場(chǎng)景都有應(yīng)用，在區(qū)塊鏈場(chǎng)景中，一般適合于對(duì)強(qiáng)一致性有要求的私有鏈和聯(lián)盟鏈場(chǎng)景。（Hyperledger Fabric 在 0.6 版中應(yīng)用了 PBFT，而在 1.0 版中放棄了 PBFT，轉(zhuǎn)而采用效率更高的 Kafka，支持單點(diǎn)和集群兩種方式，由 Kafka 直接給交易排序和出塊）

是一種散列函數(shù)，即相鄰的x1和x2，求得的f（x1）和f（x2）差別極大。

不可逆推，給定了f（x）的值，推斷不出輸入值。

不存在比窮舉更好的方法，可以使f（x）落在特定的范圍。

實(shí)際使用過(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要打包的交易數(shù)據(jù)相同，再?gòu)奈膊考右粋€(gè)隨機(jī)數(shù)（節(jié)點(diǎn)自己選）作為整體輸入來(lái)求輸出值，把結(jié)果和當(dāng)前的挖礦難度對(duì)比（要求輸出值前x位為0），滿(mǎn)足條件則向附近節(jié)點(diǎn)廣播；不滿(mǎn)足則更換隨機(jī)數(shù)繼續(xù)求解。最快求得解的節(jié)點(diǎn)，則可以視為挖礦勝出，取得其他節(jié)點(diǎn)的共識(shí)。

目前比特幣已經(jīng)吸引了全球大部分的運(yùn)算能力，其他再使用PoW共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的計(jì)算能力來(lái)保障自身的安全，從而無(wú)法復(fù)制比特幣的輝煌；同時(shí)由于挖礦造成大量的資源被浪費(fèi)，共識(shí)達(dá)成的周期很長(zhǎng)，導(dǎo)致了比特幣的TPS（transacTIon per second，每秒執(zhí)行事務(wù)數(shù)量）極低，只有個(gè)位數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；節(jié)點(diǎn)間無(wú)需交換額外的信息即可達(dá)成共識(shí)；破壞系統(tǒng)需要投入極大的成本；

缺點(diǎn)：浪費(fèi)能源；區(qū)塊的確認(rèn)時(shí)間難以縮短；新的區(qū)塊鏈必須找到一種不同的散列算法，否則就會(huì)面臨算力攻擊；容易產(chǎn)生分叉，需要等待多個(gè)確認(rèn)；永遠(yuǎn)沒(méi)有最終性，需要檢查點(diǎn)機(jī)制來(lái)彌補(bǔ)最終性；

2. POS（ Proof of Stake）

一句話(huà)介紹：持有越多，獲得越多。

提出目的：解決POW51%攻擊

描述：

不同的曠工計(jì)算不同的數(shù)學(xué)難題，這個(gè)數(shù)學(xué)難題和你的擁有幣的時(shí)間/幣的多少持反比例。擁有幣時(shí)間越長(zhǎng)，難度越低。持有幣數(shù)量越多，難度越低。

POS通過(guò)區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)部的虛擬資產(chǎn)來(lái)管理安全性，根據(jù)節(jié)點(diǎn)持有的通證數(shù)量或者時(shí)長(zhǎng)來(lái)決定節(jié)點(diǎn)享有的權(quán)利大小。區(qū)塊鏈系統(tǒng)的參與者鎖定他們?cè)谠搮^(qū)塊鏈上持有的虛擬資產(chǎn)（Coin或Token），他們會(huì)簽署消息以達(dá)成一致意見(jiàn)。只有那些已經(jīng)成為系統(tǒng)一部分的參與者才能夠決定下一個(gè)區(qū)塊的內(nèi)容。

PoW共識(shí)算法從經(jīng)濟(jì)角度，可以自然做到防止區(qū)塊鏈分叉（區(qū)塊鏈分叉的本質(zhì)就是網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊鏈的生成產(chǎn)生分歧，無(wú)法達(dá)成共識(shí)）。但是PoS則需要精心設(shè)計(jì)好相應(yīng)的規(guī)則來(lái)防止分叉，例如PoS可以設(shè)定懲罰機(jī)制，參與挖礦的礦工被要求鎖定一定數(shù)量的虛擬資產(chǎn)。如果他們被偵測(cè)到了存在不當(dāng)?shù)男袨?，則系統(tǒng)會(huì)沒(méi)收全部或部分被鎖定的虛擬資產(chǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間；不再需要大量消耗能源挖礦。

缺點(diǎn)：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒(méi)有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn)；所有的確認(rèn)都只是一個(gè)概率上的表達(dá)，而不是一個(gè)確定性的事情，理論上有可能存在其他攻擊影響。例如，以太坊的DAO攻擊事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出現(xiàn)，事實(shí)上證明了此次硬分叉的失敗。

3. DPOS（Delegated Proof of Stake）

一句話(huà)介紹：POS的升級(jí)版

提出目的：POW/POS浪費(fèi)巨量算力。

描述： DPoS機(jī)制，中文名叫做股份授權(quán)證明機(jī)制（又稱(chēng)受托人機(jī)制），代表數(shù)字貨幣是EOS。它的原理是讓每一個(gè)通證的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投票，選出集中多數(shù)票的節(jié)點(diǎn)，例如100個(gè)，然后這些節(jié)點(diǎn)會(huì)行使類(lèi)似POS的權(quán)力。 DPOS利用利益相關(guān)方批準(zhǔn)投票的權(quán)力以公平和民主的方式解決共識(shí)問(wèn)題，所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從費(fèi)用估算到塊間隔和交易規(guī)模，都可以通過(guò)選定的代表進(jìn)行調(diào)整。從某種角度來(lái)看，DPOS有點(diǎn)像是議會(huì)制度或人民代表大會(huì)制度。如果代表不能履行他們的職責(zé)（當(dāng)輪到他們時(shí)，沒(méi)能生成區(qū)塊），他們會(huì)被除名，網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)取代他們。

優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證；更加去中心化的機(jī)制；擁有更高的處理效率

缺點(diǎn)：整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴(lài)于token，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要token存在的。

4. PBFT（PracTIcal Byzantine Fault Tolerance）

一句話(huà)介紹：解決一切出現(xiàn)的故障

描述：拜占庭假設(shè)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模型化，由于硬件錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)擁塞或斷開(kāi)以及遭到惡意攻擊，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)不可預(yù)料的行為。拜占庭容錯(cuò)協(xié)議必須處理這些失效，并且這些協(xié)議還要滿(mǎn)足所要解決的問(wèn)題要求的規(guī)范。

PBFT算法的核心理論是n》=3f+1 n是系統(tǒng)中的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，f是允許出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)數(shù)。換句話(huà)說(shuō)，如果這個(gè)系統(tǒng)允許出現(xiàn)f個(gè)故障，那么這個(gè)系統(tǒng)必須包括n個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能解決故障。

優(yōu)點(diǎn)：PBFT在很多場(chǎng)景都有應(yīng)用，在區(qū)塊鏈場(chǎng)景中，一般適合于對(duì)強(qiáng)一致性有要求的私有鏈和聯(lián)盟鏈場(chǎng)景。（Hyperledger Fabric 在 0.6 版中應(yīng)用了 PBFT，而在 1.0 版中放棄了 PBFT，轉(zhuǎn)而采用效率更高的 Kafka，支持單點(diǎn)和集群兩種方式，由 Kafka 直接給交易排序和出塊）