以太坊私有鏈多節點

A. 區塊鏈主鏈等同於公鏈嗎謝謝

這個兩個不同的概念。區塊鏈按照不同標准，主要有3種分類：

  （1）根據區塊鏈的網路范圍，可分為公有鏈、私有鏈、聯盟鏈；

  （2）根據區塊鏈對接類型，分為單鏈、側鏈與互聯鏈；

  （3）根據區塊鏈部署的顯示環境，可分為主鏈和測試鏈。

主鏈可以理解為正式上線的、獨立的區塊鏈網路，而公鏈指任何人都可讀取的、任何人都能發送交易且交易能獲得有效確認的、任何人都能參與其共識過程的區塊鏈。

B. 主流區塊鏈技術有哪些

本文試圖對區塊鏈有關技術流派和主流平台進行一個概覽，作為學習區塊鏈技術體系的導覽，意在拋磚引玉，促進區塊鏈開發社區的討論與共識。區塊鏈技術的流派未戰先謀局，你想投入區塊鏈開發這個領域，至少先要搞清楚現在有哪些玩家，各自的主張和實力如何。劃分區塊鏈技術流派並無一定之規，據我所見，或可有以下四種方式：第一是按照節點准入規則，劃分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈。公有鏈的代表自然是比特幣和以太坊，私有鏈則以R3 Corda聲名最盛，聯盟鏈的代表作品是Hyperledger名下的Fabric。公有鏈注重匿名性與去中心化，而私有鏈及聯盟鏈注重高效率，而且還往往設置了准入門檻。公有鏈、私有鏈與聯盟鏈之間的這些不同都在技術中有所體現，比如私有鏈和聯盟鏈假設節點數目不大，可以採用PBFT演算法來形成共識。而公有鏈假設有大量且不斷動態變化的節點網路，用PBFT效率太低，只能採用類似抽彩票的演算法來確定意見領袖。這就意味著，私有鏈與聯盟鏈很難變成公有鏈，而用公有鏈來作聯盟鏈或私有鏈雖然容易，卻也並非即插即用。此種差異，學者不可不察。第二是按照共享目標，劃分為共享賬本和共享狀態機兩派。比特幣是典型的共享賬本，而Chain和BigchainDB也應屬此類，這幾個區塊鏈系統在各個節點之間共享一本總賬，因此對接金融應用比較方便。另一大類區塊鏈系統中，各個節點所共享的是可完成圖靈完備計算的狀態機，如以太坊、Fabric，它們都通過執行智能合約而改變共享狀態機狀態，進而達成種種復雜功能。第三是按照梅蘭妮· 斯旺所描述的代際演進，將區塊鏈系統分為1.0、2.0和3.0三代。其中1.0支撐去中心化交易和支付系統，2.0通過智能合約支撐行業應用，3.0支撐去中心化的社會體系。比特幣和Chain應屬於區塊鏈1.0系統，而以太坊和Fabric是區塊鏈2.0系統，目前尚無成功的區塊鏈3.0系統出現，不成功的嘗試倒是有那麼一個，就是著名的The DAO。第四是按照核心數據結構，分為區塊鏈和分布式總賬兩派。區塊鏈這一派在系統中真的實現了一個區塊的鏈作為核心數據結構，而分布式總賬這一派，只是吸取了區塊鏈的精神，並沒有真用一條區塊鏈作為核心數據結構，或者雖然暫時用了，但聲明說吾項庄舞區塊鏈，意在分布式總賬耳，若假以時日，因緣際會，未嘗不可取而代之也。主流區塊鏈技術平台了解流派劃分，仍是只能用來指點江山，吹牛論道，要動手，總要有個切入點。區塊鏈貨幣據說已經有上千個了，但值得關注的技術平台大概只有數十個，而如果要進入區塊鏈開發領域，打下一個好基礎，練出一身好功夫，撈到幾個好offer，則值得深入研究學習的平台，屈指可數。首先當然是比特幣。比特幣作為區塊鏈的第一個也是目前為止最成功、最重要的樣板工程，已經上線運行了八年多，本身沒有發生任何嚴重的安全和運維事故，其穩定與強悍堪稱當代軟體系統典範。比特幣Bitcoin Core是一個代碼質量高、文檔良好的開源軟體，從學習區塊鏈原理、掌握核心技術的角度來說，Bitcoin Core是最佳切入點，能夠學到原汁原味的區塊鏈技術。當然，Bitcoin Core是用C++寫的，而且用了一些C++11和Boost庫的機制，對學習者的C++水平提出了較高的要求。學習比特幣平台開發還有一個優勢，就是可以對接繁榮的比特幣技術社區。目前圍繞比特幣進行改進和提升的人很多，人多力量就大，諸如隔離驗證、閃電網路、側鏈等比較新的想法和技術，都率先在比特幣社區里落地。比如側鏈技術的主要領導者Blockstream是由密碼學貨幣元老Adam Back領銜的，而Blockstream是Bitcoin Core最大的貢獻者之一，所以一些有關側鏈的技術在比特幣社區里討論最充分。但比特幣作為一個典型的區塊鏈1.0系統，是不是支撐其他類型區塊鏈應用的最佳技術平台，存在很大的爭議。另外，也不是所有人都有能力和必要精通區塊鏈底層技術。所以對那些急於沖到區塊鏈領域里做（quān）事（qián）的人來說，可能更直截了當的學習目標是以太坊和Hyperledger Fabric。在以太坊上面用Solidity進行的智能合約開發是切入區塊鏈開發最簡單的方式，沒有之一。以太坊的理想非常宏大，由於配備了強大的圖靈完備的智能合約虛擬機，因此可以成為一切區塊鏈項目的母平台，是馱住整個區塊鏈世界的大烏龜。在以太坊上開發一個類似比特幣的加密貨幣，是一個不折不扣的小目標。一般有經驗的開發者在文檔指導下，半天到一天即可入門。問題在於，入門以後又如何？靠寫Solidity是否就可以包打天下？這是大大存疑的。我們也可以反過來說，如果以太坊+Solidity是區塊鏈的終極解決方案，那麼怎麼還會出現那麼多區塊鏈技術門派呢？特別是，以太坊似乎並沒有給現實世界中巨型的中心化組織們留下一條活路，這種徹底不妥協的革命態度有可能也成為以太坊推廣的障礙。當前以太坊項目的開發進展並不順利。一個比較突出的問題是項目過多，力量分散，導致項目質量參差不齊。但盡管如此，跟其他區塊鏈2.0平台相比，以太坊提供的開發環境是最簡單最完善的。初學區塊鏈的人絕對有必要學習以太坊，從而對區塊鏈和智能合約建立起一個最「正宗」的認識。主流區塊鏈技術平台的第三支就是Fabric，它是Hyperledger的第一個也是最知名的孵化項目。 Fabric最早來自IBM的Open Blockchain項目，到2015年11月，IBM將當時已經開發完成的44,000行Go語言代碼交給Linux基金會，並入Hyperledger項目之中。在2016年3月一次黑客馬拉松中，Blockstream和DAH兩家公司將各自的代碼並入Open Blockchain，隨後改名為Fabric。到目前為止，Fabric與Intel提供的Sawtooth Lake並列為Hyperledger的一級孵化項目，但前者得到的關注遠超後者。從技術角度來說，Fabric思路不錯，重點是滿足企業商用的需求，比如解決交易量問題。眾所周知，比特幣最大的短板是它每秒鍾7個交易的上限，完全無法滿足現實需要。而Fabric目標是實現每秒鍾10萬交易，這個量接近剛剛過去的雙十一交易量瞬時峰值，完全可以滿足正常條件下的行業級應用。Fabric用Go語言開發，也提供多種語言的API。特別值得一提的是，Fabric比較充分地運用了容器技術，比如其智能合約就運行在容器當中。這也是Go語言帶給Fabric的一項福利，因為Go語言靜態編譯部署的特徵很適合開發容器中的程序。Fabric還有一些特點，比如其membership服務可以設置節點准入審查，這是典型的聯盟鏈特徵。再比如其共識演算法是可定製的。Fabric的短板是體系較為復雜，雖有文檔，但缺少經驗的開發者學習起來障礙比較大。然而由於其定位清楚，迎合了不少企業的心態，所以已經有多家機構在基於Fabric秘密研發行業內的聯盟鏈項目。

C. Docker 搭建以太坊私有鏈

首先需要安裝 Docker，Docker 的安裝和使用可以參看阮一峰老師的 《Docker 入門教程》 。
Ethereum 官方是支持 docker 的，可以參看 官方文檔 。

centOS

其中 -v /home/linshan/works/block-chain/ethereum:/root 是把我們當前的 ethereum 目錄，掛到了docker 的 /root 下。
在 Windows 環境下使用 -v /home/linshan/works/block-chain/ethereum:/root 不能啟動容器，原因不明，所以在 Windows 下先不要使用目錄掛載。

各欄位具體用途參看 官方文檔 。
Windows
Windows 不必創建 start-ethereum.sh 文件， genesis.json 也可以在 Docker 容器啟動後創建。

centOS

Windows

運行成功後執行

進入 docker 容器命令行
因為 Windows 沒有掛載共享目錄，所以 root 目錄下沒有 genesis.json 文件，我們要在這裏手動創建 genesis.json 文件，內容要和 centOS 的一致。

data 用來存放區塊數據

geth 的參數參看 以太坊客戶端Geth命令用法-參數詳解

啟動私有節點後進入 geth 命令行執行：

輸出的內容就是節點信息，我們在手動連接節點是會用到，注意要把「0.0.0.0「換成你自己的IP，然後將這個信息發送給其他節點。手動連接節點有兩種方式：

當然不管使用哪種方法連接節點都要保證創世區塊文件 genesis.json 一致，還有在啟動時 networkid 也要一致。

至此以太坊私有鏈已搭建完畢。

geth命令

docker命令

D. 公有鏈，私有鏈與聯盟鏈有何不同

公有鏈向所有人開放，私有鏈向滿足特定條件的個人開放，聯盟鏈向授權的組織或機構開放。

公有鏈，也就是公共區塊鏈(Public blockchains)，是指全世界任何一個人都可以讀取、任何一個人都可以發送交易且交易能夠獲得有效確認的共識區塊鏈。

私有鏈，也就是完全私有區塊鏈（Fully private blockchains），是指寫入許可權完全在一個組織手裡的區塊鏈，所有參與到這個區塊鏈中的節點都會被嚴格控制。

聯盟鏈，即聯盟區塊鏈（Consortium blockchains），是指有若干組織或機構共同參與管理的區塊鏈，每個組織或機構控制一個或多個節點，共同記錄交易數據，並且只有這些組織和機構能夠對聯盟鏈中的數據進行讀寫和發送交易。

(4)以太坊私有鏈多節點擴展閱讀：

區塊鏈有公有鏈，私有鏈與聯盟鏈三種。

區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。

區塊鏈（Blockchain）是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中介化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。

參考資料：區塊鏈 網路

E. 以太坊多節點私有鏈部署

假設兩台電腦A和B
要求：
1、兩台電腦要在一個網路中，能ping通
2、兩個節點使用相同的創世區塊文件
3、禁用ipc;同時使用參數--nodiscover
4、networkid要相同，埠號可以不同

1.4 搭建私有鏈
1.4.1 創建目錄和genesis.json文件
創建私有鏈根目錄./testnet
創建數據存儲目錄./testnet/data0
創建創世區塊配置文件./testnet/genesis.json

1.4.2 初始化操作
cd ./eth_test
geth --datadir data0 init genesis.json

1.4.3 啟動私有節點

1.4.4 創建賬號
personal.newAccount()
1.4.5 查看賬號
eth.accounts
1.4.6 查看賬號余額
eth.getBalance(eth.accounts[0])
1.4.7 啟動&停止挖礦
啟動挖礦：
miner.start(1)
其中 start 的參數表示挖礦使用的線程數。第一次啟動挖礦會先生成挖礦所需的 DAG 文件，這個過程有點慢，等進度達到 100% 後，就會開始挖礦，此時屏幕會被挖礦信息刷屏。
停止挖礦，在 console 中輸入：
miner.stop()
挖到一個區塊會獎勵5個以太幣，挖礦所得的獎勵會進入礦工的賬戶，這個賬戶叫做 coinbase，默認情況下 coinbase 是本地賬戶中的第一個賬戶，可以通過 miner.setEtherbase() 將其他賬戶設置成 coinbase。

1.4.8 轉賬
目前，賬戶 0 已經挖到了 3 個塊的獎勵，賬戶 1 的余額還是0：

我們要從賬戶 0 向賬戶 1 轉賬，所以要先解鎖賬戶 0，才能發起交易：

發送交易，賬戶 0 -> 賬戶 1：

需要輸入密碼 123456

此時如果沒有挖礦，用 txpool.status 命令可以看到本地交易池中有一個待確認的交易，可以使用 eth.getBlock("pending", true).transactions 查看當前待確認交易。

使用 miner.start() 命令開始挖礦：
miner.start(1);admin.sleepBlocks(1);miner.stop();

新區塊挖出後，挖礦結束，查看賬戶 1 的余額，已經收到了賬戶 0 的以太幣：
web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]),'ether')

用同樣的genesis.json初始化操作
cd ./eth_test
geth --datadir data1 init genesis.json

啟動私有節點一,修改 rpcport 和port

可以通過 admin.addPeer() 方法連接到其他節點，兩個節點要要指定相同的 chainID。

假設有兩個節點：節點一和節點二，chainID 都是 1024，通過下面的步驟就可以從節點二連接到節點一。

首先要知道節點一的 enode 信息，在節點一的 JavaScript console 中執行下面的命令查看 enode 信息：

admin.nodeInfo.enode
" enode://@[::]:30303 "

然後在節點二的 JavaScript console 中執行 admin.addPeer()，就可以連接到節點一：

addPeer() 的參數就是節點一的 enode 信息，注意要把 enode 中的 [::] 替換成節點一的 IP 地址。連接成功後，節點一就會開始同步節點二的區塊，同步完成後，任意一個節點開始挖礦，另一個節點會自動同步區塊，向任意一個節點發送交易，另一個節點也會收到該筆交易。

通過 admin.peers 可以查看連接到的其他節點信息，通過 net.peerCount 可以查看已連接到的節點數量。

除了上面的方法，也可以在啟動節點的時候指定 --bootnodes 選項連接到其他節點。 bootnode 是一個輕量級的引導節點，方便聯盟鏈的搭建 下一節講 通過 bootnode 自動找到節點

參考： https://cloud.tencent.com/developer/article/1332424

F. 可以用雲伺服器搭建以太坊私有鏈節點嗎

可以的，但是建議使用海外伺服器會比較好，另外伺服器的配置要中等或以上。

G. 以太坊開發(2):在以太坊私有鏈上的基本操作

在上一講 如何使用geth搭建以太坊私有鏈 完成了私有鏈的搭建，下面介紹在私有鏈上的基本操作。

啟動私有鏈後在命令行輸入：

執行完之後可以查看到生成的賬戶地址為

查詢賬戶余額：

剛剛創建的私有鏈賬戶都是沒有餘額的，需要通過挖礦才會產生eth，下面介紹如何在私有鏈上挖礦。

在geth環境下執行:

這時候查看日誌geth.log可以看到以太坊私有鏈有個啟動的百分比，到100就正式啟動了：

挖礦開始：

這時候有個疑問，挖礦挖到的eth到哪了，其實默認到了eth.account[0]，就是第一個賬戶上：

如何修改挖礦所得的賬戶：

命令如下：

下面開始進行轉賬：

這時候出現報錯，原因是轉賬的賬戶沒有解鎖，需要輸入密碼解鎖轉賬的賬戶才能完成轉賬操作：

H. 聯盟鏈和公鏈的區別

1.公有鏈
公有鏈上的各個節點可以自由加入和退出網路，並參加鏈上數據的讀寫，讀寫時以扁平的拓撲結構互聯互通，網路中不存在任何中心化的服務端節點。
像大家所熟悉的比特幣和以太坊，都是一種公有鏈。公有鏈的好處是沒有限制，你可以自由參加。
2.私有鏈(專有鏈)
私有鏈中各個節點的寫入許可權收歸內部控制，而讀取許可權可視需求有選擇性地對外開放。專有鏈仍熱具備區塊鏈多節點運行的通用結構，適用於特定機構的內部數據管理與審計。
其中，R3CEV Corda平台以及超級賬本項目(Hyperledger project)等都是私有鏈項目，對交易效率、隱私保障和監管控制有著更高要求的場景，私有鏈的應用是主要方向。
一、性能
由於可以採用眾多種類的數據共識演算法，聯盟鏈在特定場景下的交易性能甚至可以與傳統關系型資料庫相媲美，達到每秒上萬筆。與用途單一的公有鏈不同，聯盟鏈可以就不同的場景進行針對性配置，例如，存證類場景通常交易之間沒有過多關聯性，大並發下也不在乎孰先孰後，只是簡單的數據校驗和順序寫入，那麼交易性能可以做到非常高。如果交易之間存在關聯性，交易的先後順序對執行結果有較大影響，在確定交易順序和執行完校驗邏輯階段耗時較多，那麼整體交易性能將大打折扣。
二、可治理性
公有鏈的治理通常較聯盟鏈來說更為困難一些，變更公有鏈的運行參數通常意味著硬分叉(指不兼容先前版本的區塊鏈演算法更新）或者軟分叉(兼容之前版本的區塊鏈演算法更新)，而這並不一定符合當前所有參與方的利益。下圖為公有鏈修改區塊大小的一段代碼，含義為當區塊高度達到115000時，將最大區塊體積修改為一個更大的值。修改結論可以寫在代碼中，但什麼情況下可以修改則完全沒有明確的條件。由於公有鏈無法明確具體參與者數量，通常治理需要通過額外的線下論壇或者線下組織進行溝通，溝通周期長且成本高，面臨很多不確定性。

I. 區塊鏈的共識機制

一、區塊鏈共識機制的目標

區塊鏈是什麼？簡單而言，區塊鏈是一種去中心化的資料庫，或可以叫作分布式賬本(distributed ledger)。傳統上所有的資料庫都是中心化的，例如一間銀行的賬本就儲存在銀行的中心伺服器里。中心化資料庫的弊端是數據的安全及正確性全系於資料庫運營方（即銀行），因為任何能夠訪問中心化資料庫的人（如銀行職員或黑客）都可以破壞或修改其中的數據。

而區塊鏈技術則容許資料庫存放在全球成千上萬的電腦上，每個人的賬本通過點對點網路進行同步，網路中任何用戶一旦增加一筆交易，交易信息將通過網路通知其他用戶驗證，記錄到各自的賬本中。區塊鏈之所以得其名是因為它是由一個個包含交易信息的區塊（block）從後向前有序鏈接起來的數據結構。

很多人對區塊鏈的疑問是，如果每一個用戶都擁有一個獨立的賬本，那麼是否意味著可以在自己的賬本上添加任意的交易信息，而成千上萬個賬本又如何保證記賬的一致性？ 解決記賬一致性問題正是區塊鏈共識機制的目標 。區塊鏈共識機制旨在保證分布式系統里所有節點中的數據完全相同並且能夠對某個提案（proposal）（例如是一項交易紀錄）達成一致。然而分布式系統由於引入了多個節點，所以系統中會出現各種非常復雜的情況；隨著節點數量的增加，節點失效或故障、節點之間的網路通信受到干擾甚至阻斷等就變成了常見的問題，解決分布式系統中的各種邊界條件和意外情況也增加了解決分布式一致性問題的難度。

區塊鏈又可分為三種：

公有鏈：全世界任何人都可以隨時進入系統中讀取數據、發送可確認交易、競爭記賬的區塊鏈。公有鏈通常被認為是「完全去中心化「的，因為沒有任何人或機構可以控制或篡改其中數據的讀寫。公有鏈一般會通過代幣機制鼓勵參與者競爭記賬，來確保數據的安全性。

聯盟鏈：聯盟鏈是指有若干個機構共同參與管理的區塊鏈。每個機構都運行著一個或多個節點，其中的數據只允許系統內不同的機構進行讀寫和發送交易，並且共同來記錄交易數據。這類區塊鏈被認為是「部分去中心化」。

私有鏈：指其寫入許可權是由某個組織和機構控制的區塊鏈。參與節點的資格會被嚴格的限制，由於參與的節點是有限和可控的，因此私有鏈往往可以有極快的交易速度、更好的隱私保護、更低的交易成本、不容易被惡意攻擊、並且能夠做到身份認證等金融行業必須的要求。相比中心化資料庫，私有鏈能夠防止機構內單節點故意隱瞞或篡改數據。即使發生錯誤，也能夠迅速發現來源，因此許多大型金融機構在目前更加傾向於使用私有鏈技術。

二、區塊鏈共識機制的分類

解決分布式一致性問題的難度催生了數種共識機制，它們各有其優缺點，亦適用於不同的環境及問題。被眾人常識的共識機制有：

l PoW（Proof of Work）工作量證明機制

l PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制

l DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制

l PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法

l DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法

l SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議

l RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法

l Pool驗證池共識機制

（一）PoW（Proof of Work）工作量證明機制

1. 基本介紹

在該機制中，網路上的每一個節點都在使用SHA256哈希函數(hash function) 運算一個不斷變化的區塊頭的哈希值 (hash sum)。 共識要求算出的值必須等於或小於某個給定的值。 在分布式網路中，所有的參與者都需要使用不同的隨機數來持續計算該哈希值，直至達到目標為止。當一個節點的算出確切的值，其他所有的節點必須相互確認該值的正確性。之後新區塊中的交易將被驗證以防欺詐。

在比特幣中，以上運算哈希值的節點被稱作「礦工」，而PoW的過程被稱為「挖礦」。挖礦是一個耗時的過程，所以也提出了相應的激勵機制（例如向礦工授予一小部分比特幣）。PoW的優點是完全的去中心化，其缺點是消耗大量算力造成了的資源浪費，達成共識的周期也比較長，共識效率低下，因此其不是很適合商業使用。

2. 加密貨幣的應用實例

比特幣(Bitcoin) 及萊特幣(Litecoin)。以太坊(Ethereum) 的前三個階段（Frontier前沿、Homestead家園、Metropolis大都會）皆採用PoW機制，其第四個階段 (Serenity寧靜) 將採用權益證明機制。PoW適用於公有鏈。

PoW機制雖然已經成功證明了其長期穩定和相對公平，但在現有框架下，採用PoW的「挖礦」形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運算來保證工作量公平，並沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS（5筆/秒），以太坊目前受到單區塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。

3. 簡圖理解模式

（ps：其中A、B、C、D計算哈希值的過程即為「挖礦」，為了犒勞時間成本的付出，機制會以一定數量的比特幣作為激勵。）

（Ps：PoS模式下，你的「挖礦」收益正比於你的幣齡(幣的數量*天數)，而與電腦的計算性能無關。我們可以認為任何具有概率性事件的累計都是工作量證明，如淘金。假設礦石含金量為p% 質量, 當你得到一定量黃金時，我們可以認為你一定挖掘了1/p 質量的礦石。而且得到的黃金數量越多，這個證明越可靠。）

（二）PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制

1.基本介紹

PoS要求人們證明貨幣數量的所有權，其相信擁有貨幣數量多的人攻擊網路的可能性低。基於賬戶余額的選擇是非常不公平的，因為單一最富有的人勢必在網路中佔主導地位，所以提出了許多解決方案。

在股權證明機制中，每當創建一個區塊時，礦工需要創建一個稱為「幣權」的交易，這個交易會按照一定比例預先將一些幣發給礦工。然後股權證明機制根據每個節點持有代幣的比例和時間（幣齡）， 依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，以加快節點尋找隨機數的速度，縮短達成共識所需的時間。

與PoW相比，PoS可以節省更多的能源，更有效率。但是由於挖礦成本接近於0，因此可能會遭受攻擊。且PoS在本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算，所以它同樣難以應用於商業領域。

2.數字貨幣的應用實例

PoS機制下較為成熟的數字貨幣是點點幣（Peercoin）和未來幣（NXT），相比於PoW，PoS機制節省了能源，引入了" 幣天 "這個概念來參與隨機運算。PoS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設備（礦機、顯卡等）。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關，即持有人持有的代幣數量越多、時間越長，其所能簽署、生產下一個區塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區塊，持幣人持有的幣天即清零，重新進入新的循環。

PoS適用於公有鏈。

3.區塊簽署人的產生方式

在PoS機制下，因為區塊的簽署人由隨機產生，則一些持幣人會長期、大額持有代幣以獲得更大概率地產生區塊，盡可能多的去清零他的"幣天"。因此整個網路中的流通代幣會減少，從而不利於代幣在鏈上的流通，價格也更容易受到波動。由於可能會存在少量大戶持有整個網路中大多數代幣的情況，整個網路有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向於中心化。相對於PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對於分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩定情況下，每秒大約能產生12筆交易，但因為網路延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區塊。長期來看，生成區塊（即清零"幣天"）的速度遠低於網路傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區塊進行"限速"，來保證主網的穩定運行。

4.簡圖理解模式

（PS：擁有越多「股份」權益的人越容易獲取賬權。是指獲得多少貨幣，取決於你挖礦貢獻的工作量，電腦性能越好，分給你的礦就會越多。）

（在純POS體系中，如NXT，沒有挖礦過程，初始的股權分配已經固定，之後只是股權在交易者之中流轉，非常類似於現實世界的股票。）

（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制

1.基本介紹

由於PoS的種種弊端，由此比特股首創的權益代表證明機制 DPoS（Delegated Proof of Stake）應運而生。DPoS 機制中的核心的要素是選舉，每個系統原生代幣的持有者在區塊鏈裡面都可以參與選舉，所持有的代幣余額即為投票權重。通過投票，股東可以選舉出理事會成員，也可以就關系平台發展方向的議題表明態度，這一切構成了社區自治的基礎。股東除了自己投票參與選舉外，還可以通過將自己的選舉票數授權給自己信任的其它賬戶來代表自己投票。

具體來說， DPoS由比特股（Bitshares）項目組發明。股權擁有著選舉他們的代表來進行區塊的生成和驗證。DPoS類似於現代企業董事會制度，比特股系統將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表， 然後由這些代表負責生成和驗證區塊。 持幣者若想稱為一名代表，需先用自己的公鑰去區塊鏈注冊，獲得一個長度為32位的特有身份標識符，股東可以對這個標識符以交易的形式進行投票，得票數前101位被選為代表。

代表們輪流產生區塊，收益（交易手續費）平分。DPoS的優點在於大幅減少了參與區塊驗證和記賬的節點數量，從而縮短了共識驗證所需要的時間，大幅提高了交易效率。從某種角度來說，DPoS可以理解為多中心系統，兼具去中心化和中心化優勢。優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證。缺點：投票積極性不高，絕大部分代幣持有者未參與投票；另整個共識機制還是依賴於代幣，很多商業應用是不需要代幣存在的。

DPoS機制要求在產生下一個區塊之前，必須驗證上一個區塊已經被受信任節點所簽署。相比於PoS的" 全民挖礦 "，DPoS則是利用類似" 代表大會 "的制度來直接選取可信任節點，由這些可信任節點（即見證人）來代替其他持幣人行使權力，見證人節點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區塊人不是經常在線而可能導致的產塊延誤等一系列問題。 DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網路延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業級的應用。 因為公信寶數據交易所對於數據交易頻率要求高，更要求長期穩定性，因此DPoS是非常不錯的選擇。

2. 股份授權證明機制下的機構與系統

理事會是區塊鏈網路的權力機構，理事會的人選由系統股東（即持幣人）選舉產生，理事會成員有權發起議案和對議案進行投票表決。

理事會的重要職責之一是根據需要調整系統的可變參數，這些參數包括：

l 費用相關：各種交易類型的費率。

l 授權相關：對接入網路的第三方平台收費及補貼相關參數。

l 區塊生產相關：區塊生產間隔時間，區塊獎勵。

l 身份審核相關：審核驗證異常機構賬戶的信息情況。

l 同時，關繫到理事會利益的事項將不通過理事會設定。

在Finchain系統中，見證人負責收集網路運行時廣播出來的各種交易並打包到區塊中，其工作類似於比特幣網路中的礦工，在採用 PoW(工作量證明)的比特幣網路中，由一種獲獎概率取決於哈希算力的抽彩票方式來決定哪個礦工節點產生下一個區塊。而在採用 DPoS 機制的金融鏈網路中，通過理事會投票決定見證人的數量，由持幣人投票來決定見證人人選。入選的活躍見證人按順序打包交易並生產區塊，在每一輪區塊生產之後，見證人會在隨機洗牌決定新的順序後進入下一輪的區塊生產。

3. DPoS的應用實例

比特股(bitshares) 採用DPoS。DPoS主要適用於聯盟鏈。

4.簡圖理解模式

（四）PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法

1. 基本介紹

PBFT是一種基於嚴格數學證明的演算法，需要經過三個階段的信息交互和局部共識來達成最終的一致輸出。三個階段分別為預備 (pre-prepare)、准備 (prepare)、落實 (commit)。PBFT演算法證明系統中只要有2/3比例以上的正常節點，就能保證最終一定可以輸出一致的共識結果。換言之，在使用PBFT演算法的系統中，至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點 (包括有意誤導、故意破壞系統、超時、重復發送消息、偽造簽名等的節點，又稱為」拜占庭」節點)。

2. PBFT的應用實例

著名聯盟鏈Hyperledger Fabric v0.6採用的是PBFT，v1.0又推出PBFT的改進版本SBFT。PBFT主要適用於私有鏈和聯盟鏈。

3. 簡圖理解模式

上圖顯示了一個簡化的PBFT的協議通信模式，其中C為客戶端，0 – 3表示服務節點，其中0為主節點，3為故障節點。整個協議的基本過程如下：

(1) 客戶端發送請求，激活主節點的服務操作；

(2) 當主節點接收請求後，啟動三階段的協議以向各從節點廣播請求；

(a) 序號分配階段，主節點給請求賦值一個序號n，廣播序號分配消息和客戶端的請求消息m，並將構造pre-prepare消息給各從節點；

(b) 交互階段，從節點接收pre-prepare消息，向其他服務節點廣播prepare消息；

(c) 序號確認階段，各節點對視圖內的請求和次序進行驗證後，廣播commit消息，執行收到的客戶端的請求並給客戶端響應。

(3) 客戶端等待來自不同節點的響應，若有m+1個響應相同，則該響應即為運算的結果；

（五）DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法

1. 基本介紹

DBFT建基於PBFT的基礎上，在這個機制當中，存在兩種參與者，一種是專業記賬的「超級節點」，一種是系統當中不參與記賬的普通用戶。普通用戶基於持有權益的比例來投票選出超級節點，當需要通過一項共識（記賬）時，在這些超級節點中隨機推選出一名發言人擬定方案，然後由其他超級節點根據拜占庭容錯演算法（見上文），即少數服從多數的原則進行表態。如果超過2/3的超級節點表示同意發言人方案，則共識達成。這個提案就成為最終發布的區塊，並且該區塊是不可逆的，所有裡面的交易都是百分之百確認的。如果在一定時間內還未達成一致的提案，或者發現有非法交易的話，可以由其他超級節點重新發起提案，重復投票過程，直至達成共識。

2. DBFT的應用實例

國內加密貨幣及區塊鏈平台NEO是 DBFT演算法的研發者及採用者。

3. 簡圖理解模式

假設系統中只有四個由普通用戶投票選出的超級節點，當需要通過一項共識時，系統就會從代表中隨機選出一名發言人擬定方案。發言人會將擬好的方案交給每位代表，每位代表先判斷發言人的計算結果與它們自身紀錄的是否一致，再與其它代表商討驗證計算結果是否正確。如果2/3的代表一致表示發言人方案的計算結果是正確的，那麼方案就此通過。

如果只有不到2/3的代表達成共識，將隨機選出一名新的發言人，再重復上述流程。這個體系旨在保護系統不受無法行使職能的領袖影響。

上圖假設全體節點都是誠實的，達成100%共識，將對方案A（區塊）進行驗證。

鑒於發言人是隨機選出的一名代表，因此他可能會不誠實或出現故障。上圖假設發言人給3名代表中的2名發送了惡意信息（方案B），同時給1名代表發送了正確信息（方案A）。

在這種情況下該惡意信息（方案B）無法通過。中間與右邊的代表自身的計算結果與發言人發送的不一致，因此就不能驗證發言人擬定的方案，導致2人拒絕通過方案。左邊的代表因接收了正確信息，與自身的計算結果相符，因此能確認方案，繼而成功完成1次驗證。但本方案仍無法通過，因為不足2/3的代表達成共識。接著將隨機選出一名新發言人，重新開始共識流程。

上圖假設發言人是誠實的，但其中1名代表出現了異常；右邊的代表向其他代表發送了不正確的信息（B）。

在這種情況下發言人擬定的正確信息（A）依然可以獲得驗證，因為左邊與中間誠實的代表都可以驗證由誠實的發言人擬定的方案，達成2/3的共識。代表也可以判斷到底是發言人向右邊的節點說謊還是右邊的節點不誠實。

（六）SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議

1. 基本介紹

SCP 是 Stellar (一種基於互聯網的去中心化全球支付協議) 研發及使用的共識演算法，其建基於聯邦拜占庭協議 (Federated Byzantine Agreement) 。傳統的非聯邦拜占庭協議（如上文的PBFT和DBFT）雖然確保可以通過分布式的方法達成共識，並達到拜占庭容錯 (至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點)，它是一個中心化的系統 — 網路中節點的數量和身份必須提前知曉且驗證過。而聯邦拜占庭協議的不同之處在於它能夠去中心化的同時，又可以做到拜占庭容錯。

[…]

（七）RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法

1. 基本介紹

RPCA是Ripple（一種基於互聯網的開源支付協議，可以實現去中心化的貨幣兌換、支付與清算功能）研發及使用的共識演算法。在 Ripple 的網路中，交易由客戶端（應用）發起，經過追蹤節點（tracking node）或驗證節點（validating node）把交易廣播到整個網路中。追蹤節點的主要功能是分發交易信息以及響應客戶端的賬本請求。驗證節點除包含追蹤節點的所有功能外，還能夠通過共識協議，在賬本中增加新的賬本實例數據。

Ripple 的共識達成發生在驗證節點之間，每個驗證節點都預先配置了一份可信任節點名單，稱為 UNL（Unique Node List）。在名單上的節點可對交易達成進行投票。共識過程如下：

(1) 每個驗證節點會不斷收到從網路發送過來的交易，通過與本地賬本數據驗證後，不合法的交易直接丟棄，合法的交易將匯總成交易候選集（candidate set）。交易候選集裡面還包括之前共識過程無法確認而遺留下來的交易。

(2) 每個驗證節點把自己的交易候選集作為提案發送給其他驗證節點。

(3) 驗證節點在收到其他節點發來的提案後，如果不是來自UNL上的節點，則忽略該提案；如果是來自UNL上的節點，就會對比提案中的交易和本地的交易候選集，如果有相同的交易，該交易就獲得一票。在一定時間內，當交易獲得超過50%的票數時，則該交易進入下一輪。沒有超過50%的交易，將留待下一次共識過程去確認。

(4) 驗證節點把超過50%票數的交易作為提案發給其他節點，同時提高所需票數的閾值到60%，重復步驟(3)、步驟(4)，直到閾值達到80%。

(5) 驗證節點把經過80%UNL節點確認的交易正式寫入本地的賬本數據中，稱為最後關閉賬本（last closed ledger），即賬本最後（最新）的狀態。

在Ripple的共識演算法中，參與投票節點的身份是事先知道的，因此，演算法的效率比PoW等匿名共識演算法要高效，交易的確認時間只需幾秒鍾。這點也決定了該共識演算法只適合於聯盟鏈或私有鏈。Ripple共識演算法的拜占庭容錯（BFT）能力為（n-1）/5，即可以容忍整個網路中20%的節點出現拜占庭錯誤而不影響正確的共識。

2. 簡圖理解模式

共識過程節點交互示意圖：

共識演算法流程：

（八）POOL驗證池共識機制

Pool驗證池共識機制是基於傳統的分布式一致性演算法（Paxos和Raft）的基礎上開發的機制。Paxos演算法是1990年提出的一種基於消息傳遞且具有高度容錯特性的一致性演算法。過去, Paxos一直是分布式協議的標准，但是Paxos難於理解，更難以實現。Raft則是在2013年發布的一個比Paxos簡單又能實現Paxos所解決問題的一致性演算法。Paxos和Raft達成共識的過程皆如同選舉一樣，參選者需要說服大多數選民(伺服器)投票給他，一旦選定後就跟隨其操作。Paxos和Raft的區別在於選舉的具體過程不同。而Pool驗證池共識機制即是在這兩種成熟的分布式一致性演算法的基礎上，輔之以數據驗證的機制。

J. 區塊鏈並不是一條鏈三種鏈都跑哪些應用

當前區塊鏈的應用部署類型有三種——公有鏈、私有鏈、聯盟鏈，看看他們有什麼區別？都有哪些典型的應用？

公有鏈：對所有人開放，任何人都可以參與

私有鏈：對單獨的個人或實體開放

聯盟鏈：對特定的組織團體開放