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區塊鏈投票機制是什麼意思

發布時間: 2024-08-10 17:03:52

A. 區塊鏈中的股份授權證明機制(DPoS)是什麼

DPoS如何兼顧中心化和去中心化的優勢?
股份授權證明機制,簡稱DPoS,類似於董事會投票,持幣者投出一定數量的節點,代理他們進行驗證和記賬。為了激勵更多人參與競選,系統會生成少量代幣作為獎勵。比特股、點點幣等數字資產都採用該方式。
DPoS有點像議會制度或人民代表大會制度。如果代表不能履行他們的職責,比如輪到他們記賬時,他們沒能完成則會被除名,網路會選出新的節點來取代他們。
DPoS的每個客戶端都有能力決定哪些節點可以被信任。相較PoW(工作量證明機制),DPoS大幅提高區塊鏈處理數據的能力,甚至可以實現秒到賬,同時也大幅降低維護區塊鏈網路安全的費用,從而使數字資產的交易速度接近Visa等中心化結算系統。

B. 怎樣明白區塊鏈中的共識機制

所謂共識,簡單理解就是指大家都達成一致的意思。

在區塊鏈中,其實就是一個規則,每個節點都按照這個規則去確認各自的數據,最後維護整個網路的資料庫保持一致。

如果以生活中的例子來舉例的話,比如今天公司開個會議,但是由於老總不在,需要大家討論決定一個項目做與否。

在這么一個群龍無首的環境中?

C. 深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理

所謂「共識機制」,是通過特殊節點的投票,在很短的時間內完成對交易的驗證和確認;對一筆交易,如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識,我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講,如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識,但他們都一致認為你是個好人,那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據,同時保證每個參與者的公平性,整個體系的所有參與者必須要有統一的協議,也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范(共識演算法)由相關的共識規則組成,這些規則可以分為兩個大的核心:工作量證明與最長鏈機制。所有規則(共識)的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉,從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。

區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方,也無需一個可信的中介機構或中央機構,只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制,即在互不了解、信任的市場環境中,參與交易的各節點出於對自身利益考慮,沒有任何違規作弊的動機、行為,因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則,來判斷每一筆交易的真實性和可靠性,並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同,邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生,而當網路中有的節點擁有公共信譽時,這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法,在節點之間建立「信任」網路,利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。

目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含:工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對於工作量的證明,是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中,節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權,求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點,在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中,節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而,由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力,其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時,基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費,達成共識所需要的周期也較長,因此該機制並不適合商業應用。

2012年,化名Sunny King的網友推出了Peercoin,該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣,採用權益證明機制維護網路安全,這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同,權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是,當創造一個新區塊時,礦工需要創建一個「幣權」交易,交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間,依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度,從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間,但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此,PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時,還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似,該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統,就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會,所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表,而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中,全體節點投票選舉出一定數量的節點代表,由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時,區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要,全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格,重新選舉新的代表,實現實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量,從而達到秒級的共識驗證。然而,該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題,因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴,而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。

Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立,並輔之以數據驗證機制,是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。

Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作,在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上,可以實現秒級共識驗證,更適合有多方參與的多中心商業模式。不過,Pool驗證池也存在一些不足,例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的,希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。

工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果,驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性:工作對於請求方是適中中的,對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同,驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子,給個一個基本的字元創「hello,world!」,我們給出的工作量要求是,可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce(隨機數)的整數值,對變更後(添加nonce)的字元創進行SHA-256運算,如果得到的結果(一十六進制的形式表示)以「0000」開頭的,則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標,需要不停地遞增nonce值,對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則,需要經過4251次運算,才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程,那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了,當然不是了,這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」,整數值取1~1000,也就是說將輸入變成一個1~1000的數組:Hello,World!1;Hello,World!2;...;Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由於哈希值偽隨機的特性,根據概率論的相關知識容易計算出,預計要進行2的16次方次數的嘗試,才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現,進行計算的平均次數為66958次,十分接近2的16次方(65536)。在這個例子中,數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」,重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。

統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下:

對於比特幣網路中的任何節點,如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中,則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法,區塊是這道題的輸入數據,難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據,檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量,從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標,它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊,如果在不同的全網算力條件下,新區塊的產生基本都保持這個速度,難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何,使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。

難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊,所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值,這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長(按每10分鍾產生一個取款,則期望時長為20160分鍾)比較得出來的,根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說,如果區塊產生的速度比10分鍾快,則增加難度值;反正,則降低難度值。用公式來表達如下:

新難度值=舊難度值*(20160分鍾/過去2016個區塊花費時長)。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值(Target)的計算公式如下:

目標值=最大目標值/難度值,其中最大目標值為一個恆定值

目標值的大小與難度值成反比,比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成,通過不停變更區塊頭(即嘗試不同nonce值)並將其作為輸入,進行SHA-256哈希運算,找出一個有特定格式哈希值的過程(即要求有一定數量的前導0),而要求的前導0個數越多,難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下:

該過程可以用下圖表示:

比特幣的工作量證明,就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制,將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。

D. 區塊鏈的共識機制是什麼

1. 共識機制在區塊鏈技術中扮演著至關重要的角色,它確保了所有參與者對數據的一致性認可。
2. 簡而言之,共識機制是一種規則,它要求區塊鏈網路中的每個節點都按照這一規則來驗證和確認數據,從而保證整個網路的資料庫同步一致。
3. 以日常生活中的一個場景來類比,共識機制就像是一家公司在老闆缺席時,通過討論和投票來決定一個項目是否實施的過程。
4. 在這個例子中,共識機制促使大家表達自己的意見,並通過投票來形成決策,最終將結果提交給老闆。
5. 區塊鏈世界中的共識機制也是類似的,它確保分布式賬本上的每個區塊都得到准確核對,使得每台計算機上的賬本保持一致。
6. 因此,共識機制是區塊鏈系統中維持節點賬目一致性的關鍵,它是構建區塊鏈信任基礎的解決方案。
7. 在區塊鏈中,共識代表著大家的認可,一旦獲得廣泛認可,數據便被視為有效;反之,反對的聲音則可能導致數據被排除。
8. 類似地,在社區中,如果一個參與者反復違反規則,其行為可能會被視為損害他人利益,從而導致其成為不受歡迎的節點,信譽受損,甚至被社區排斥。

E. 區塊鏈的共識機制

所謂「共識機制」,是通過特殊節點的投票,在很短的時間內完成對交易的驗證和確認;對一筆交易,如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識,我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。北京木奇移動技術有限公司,專業的區塊鏈外包開發公司,歡迎洽談合作。下面我們將一下區塊鏈的幾種共識機制,希望對大家了解區塊鏈基礎技術有幫助。

因為區塊鏈技術的發展, 大家對共識機制這個詞也不再陌生,隨著技術發展,各種創新的共識機制也在發展。

POW工作量證明

比特幣就是使用PoW工作量證明機制,到後來的以太坊都是PoW的共識機制。Pow相當於算出很難的數學難題,就是計算出新區塊的hash值,而且計算的難度會每一段時間就會調整。PoW雖然是大家比較認可的共識機制,計算會消耗大量的能源,還有可能會污染環境。

POS權益證明

通過持有Token的數量和時長來決定獲得記賬權的機率。相比POW,POS避免了挖礦造成大量的資源浪費,縮短了各個節點之間達成共識的時間,網路環境好的話可實現毫秒級,對節點性能要求低。

但POS的缺點同樣明顯,持有Token多的節點更有機會獲得記賬權,這將導致「馬太效應」,富者越富,破壞了區塊鏈的去中心化。

DPOS權益證明

DPOS委託權益證明與POS原理相同,其主要區別在於,DPOS的Token持有者可以投票選舉代理人作為超級節點,負責在網路上生產區塊並維護共識規則。如果這些節點未能履行職責,將投票選出新的節點。同樣的弊端也是傾向於中心化。

POA權威證明

POA節點之間無需進行通信即可達成共識,因此效率極高。並且它也能很好地對抗算力攻擊,安全性較高。但是POA需要一個集中的權威節點來驗證身份,這就意味著它會損害區塊鏈的去中心化,這也是在去中心化和提高效率之間的妥協。

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G. 莫斯科市採用以太坊區塊鏈技術進行投票的目的

第一個真正的里程碑應該是一場地方選舉,而最終目標則是全國性選舉。

在西方國家民眾對政府機關的信任度正以驚人的速度下滑之際,普京領導下的俄羅斯政府正採取措施試圖加強民眾對其系統的信任。

俄羅斯的民主制度已經歷史悠久,但是蘇聯解體遺留的腐敗餘毒以及之後葉利欽執政時代遭到西方世界的掠奪仍是一個大問題。

俄羅斯推出這一系統恰逢「美國特別檢察官穆勒以干涉2016年美國總統大選的理由對13個俄羅斯人和3個俄羅斯實體機構正式提起訴訟,引起全球轟動」的時候。對於反民主勢力而言,這一事件令穆勒看起來更像可利用的傻瓜。

在華盛頓的大佬們仍不滿和抱怨這個自己不喜歡的選舉結果的時候,俄羅斯正展開行動,確保約瑟夫·斯大林最經常被人引用的格言之一——「投票的人決定不了什麼,計票的人決定了一切」不適用於俄羅斯。

H. 區塊鏈常見的三大共識機制

區塊鏈是建立在P2P網路,由節點參與的分布式賬本系統,最大的特點是「去中心化」。也就是說在區塊鏈系統中,用戶與用戶之間、用戶與機構之間、機構與機構之間,無需建立彼此之間的信任,只需依靠區塊鏈協議系統就能實現交易。

可是,要如何保證賬本的准確性,權威性,以及可靠性?區塊鏈網路上的節點為什麼要參與記賬?節點如果造假怎麼辦?如何防止賬本被篡改?如何保證節點間的數據一致性?……這些都是區塊鏈在建立「去中心化」交易時需要解決的問題,由此產生了共識機制。

所謂「共識機制」,就是通過特殊節點的投票,在很短的時間內完成對交易的驗證和確認;當出現意見不一致時,在沒有中心控制的情況下,若干個節點參與決策達成共識,即在互相沒有信任基礎的個體之間如何建立信任關系。

區塊鏈技術正是運用一套基於共識的數學演算法,在機器之間建立「信任」網路,從而通過技術背書而非中心化信用機構來進行全新的信用創造。

不同的區塊鏈種類需要不同的共識演算法來確保區塊鏈上最後的區塊能夠在任何時候都反應出全網的狀態。

目前為止,區塊鏈共識機制主要有以下幾種:POW工作量證明、POS股權證明、DPOS授權股權證明、Paxos、PBFT(實用拜占庭容錯演算法)、dBFT、DAG(有向無環圖)

接下來我們主要說說常見的POW、POS、DPOS共識機制的原理及應用場景

概念:

工作量證明機制(Proof of work ),最早是一個經濟學名詞,指系統為達到某一目標而設置的度量方法。簡單理解就是一份證明,用來確認你做過一定量的工作,通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量。

工作量證明機制具有完全去中心化的優點,在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中,節點可以自由進出,並通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權,求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。

應用:

POW最著名的應用當屬比特幣。在比特幣網路中,在Block的生成過程中,礦工需要解決復雜的密碼數學難題,尋找到一個符合要求的Block Hash由N個前導零構成,零的個數取決於網路的難度值。這期間需要經過大量嘗試計算(工作量),計算時間取決於機器的哈希運算速度。

而尋找合理hash是一個概率事件,當節點擁有佔全網n%的算力時,該節點即有n/100的概率找到Block Hash。在節點成功找到滿足的Hash值之後,會馬上對全網進行廣播打包區塊,網路的節點收到廣播打包區塊,會立刻對其進行驗證。

如果驗證通過,則表明已經有節點成功解迷,自己就不再競爭當前區塊,而是選擇接受這個區塊,記錄到自己的賬本中,然後進行下一個區塊的競爭猜謎。網路中只有最快解謎的區塊,才會添加的賬本中,其他的節點進行復制,以此保證了整個賬本的唯一性。

假如節點有任何的作弊行為,都會導致網路的節點驗證不通過,直接丟棄其打包的區塊,這個區塊就無法記錄到總賬本中,作弊的節點耗費的成本就白費了,因此在巨大的挖礦成本下,也使得礦工自覺自願的遵守比特幣系統的共識協議,也就確保了整個系統的安全。

優缺點

優點:結果能被快速驗證,系統承擔的節點量大,作惡成本高進而保證礦工的自覺遵守性。

缺點:需要消耗大量的演算法,達成共識的周期較長

概念:

權益證明機制(Proof of Stake),要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權。

權益證明機制的運作方式是,當創造一個新區塊時,礦工需要創建一個「幣權」交易,交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間,依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度,從而加快了尋找隨機數的速度。

應用:

2012年,化名Sunny King的網友推出了Peercoin(點點幣),是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。PPC最大創新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式,採用工作量證明機制發行新幣,採用權益證明機制維護網路安全。

為了實現POS,Sunny King借鑒於中本聰的Coinbase,專門設計了一種特殊類型交易,叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理,其中幣齡指的是貨幣的持有時間段,假如你擁有10個幣,並且持有10天,那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個幣,幣齡被消耗(銷毀)了。

優缺點:

優點:縮短達成共識所需的時間,比工作量證明更加節約能源。

缺點:本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算,轉賬真實性較難保證

概念:

授權股權證明機制(Delegated Proof of Stake),與董事會投票類似,該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統,就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會,所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權股權證明在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時,還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表,而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中,全體節點投票選舉出一定數量的節點代表,由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。

同時,區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要,全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格,重新選舉新的代表,實現實時的民主。

應用:

比特股(Bitshare)是一類採用DPOS機制的密碼貨幣。通過引入了見證人這個概念,見證人可以生成區塊,每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個(N通常定義為101)候選者可以當選為見證人,當選見證人的個數(N)需滿足:至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。

見證人的候選名單每個維護周期(1天)更新一次。見證人然後隨機排列,每個見證人按序有2秒的許可權時間生成區塊,若見證人在給定的時間片不能生成區塊,區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速,也更加節能。

DPOS充分利用了持股人的投票,以公平民主的方式達成共識,他們投票選出的N個見證人,可以視為N個礦池,而這N個礦池彼此的權利是完全相等的。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人(礦池),只要他們提供的算力不穩定,計算機宕機,或者試圖利用手中的權力作惡。

優缺點:

優點:縮小參與驗證和記賬節點的數量,從而達到秒級的共識驗證

缺點:中心程度較弱,安全性相比POW較弱,同時節點代理是人為選出的,公平性相比POS較低,同時整個共識機制還是依賴於代幣的增發來維持代理節點的穩定性。

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