什麼是區塊鏈共識算法?

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什麼是區塊鏈共識算法?
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在加密貨幣領域中,共識算法是每個區塊鍊網絡的關鍵要素,它們負責維護這些分佈式系統的完整性和安全性。第一個被創建出的加密貨幣共識算法是工作量證明(PoW),它由中本聰設計並在比特幣上實現,用於實現拜占庭容錯。


共識算法

共識算法可以被定義為使區塊鍊網絡達成共識的機制。公共(去中心化的)區塊鍊是作為分佈式系統來構建的,由於它們不依賴於一個中央權威,因此分散的節點需要就交易的有效與否達成一致。這就是共識算法發揮作用的地方,確保所有節點都遵守協議規則並保證所有交易都以可靠的方式進行,即每個貨幣都只能花一次。

在深入研究不同類型的共識算法之前,先了解算法和協議之間的差異非常重要。


共識算法與協議

算法和協議作為術語經常會被互換使用,但它們並非同一回事。簡單來說,我們可以將協議定義為區塊鏈的主要規則,而將算法定義為遵循這些規則的機制。

除了金融系統中的廣泛應用,區塊鏈技術還可以應用於各種各樣的業務,並且可以適用於不同的用例。但無論什麼情景,區塊鍊網絡都將建立在一個協議之上,該協議將定義系統應該如何工作,因此系統的所有不同部分和網絡的所有參與者都需要遵循規則。

雖然協議確定了規則是什麼,但算法告訴系統採取哪些步驟來遵守這些規則並最終產生所需的結果。例如,區塊鏈的共識算法決定了交易和區塊的有效性。因此,比特幣和以太坊是協議,而工作量證明和權益證明是它們的共識算法。

進一步來說,比特幣協議定義了節點間應如何交互,數據應如何在它們之間傳輸,以及區塊驗證成功的要求是什麼。另一方面,公式算法負責負責驗證餘額和簽名,確認交易,以及實際執行區塊驗證 - 所有這些都取決於網絡共識。


不同類型的共識算法

有幾種類型的共識算法。最常見的是工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)。在嘗試平衡安全性與功能性和可擴展性時,每個方案都有各自的優缺點。


工作量證明(PoW)

工作量證明是第一個被建立的共識算法。它被比特幣和許多其他加密貨幣所採用。工作量證明算法是挖礦過程的重要組成部分。

工作量證明挖礦涉及到大量哈希(算力)的(挖礦)嘗試,因此更多的算力意味著每秒更多的嘗試。換句話說,哈希率的礦工有更多機會找到下一個區塊(也叫做塊哈希)的解。如果網絡的分佈式節點達成共識並且確認礦工提供的塊哈希是有效的工作證明,則工作量證明共識算法確保該礦工僅能夠驗新區塊裡的交易並將其添加到區塊鏈。


權益證明(PoS)

作為工作量證明的替代方案,權益證明共識算法在2011年被提出。儘管工作量證明和權益證明有著相同的目標,但它們存在根本的差異性特殊性。特別是驗證新塊的
過程。

簡單來說,權益證明共識算法用一種機制來取代工作量證明的挖礦,期中區塊根據參與者的質押的幣而驗證。每個區塊的驗證者(也稱為鑄造者或者鑄幣者)由本身的加密貨幣投資決定,而不是分配的算力數量。每個權益證明系統可以以不同的方式來實現該算法,但是通常來說,區塊鏈由隨機的選舉過程保護,該過程考慮了節點的財富、幣齡(幣被鎖定或者是質押的時間)以及隨機因素。

以太坊區塊鏈目前基於工作量共識算法,但是最終Casper協議將被推出以將網絡從工作量共識切換到權益共識,以嘗試增加網絡的可擴展性。


為什麼共識算法對於加密貨幣至關重要

就如同前面所說,共識算法對於維護加密貨幣網絡的完整性和安全性至關重要。它們提供了一種分佈式節點就正確版本的區塊鏈達成共識的方法。對當前的區塊鏈狀態達成共識對數字經濟系統的正常運作至關重要。

工作量證明共識算法被認為是拜占庭將軍問題的最佳解決方案之一,它可以將比特幣創建為拜占庭容錯系統。這意味著比特幣對攻擊具有很強的抵抗力,例如51%的攻擊(或多數攻擊)。不僅僅因為網絡是去中心化的,而且還因為工作量證明算法。挖礦過程中涉及的高成本使礦工很難並且不太可能投入資源來破壞網絡。

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