【区块链】共识算法简介

共识算法简介

区块链三要素：

• 去中心化
• 共识算法
• 智能合约

共识算法作为区块链三大核心技术之一，其重要性不言而喻。今天就来简单介绍共识算法的基本知识。

最简单的解释，共识算法就是要让所有节点达成共识，保证少数服从多数！大多数人认定一件事，这件事就是事实，也就意味着如果你要去改变一个既定事实，那么你必须伙同大多数人陪你一起作假。

共识算法分类

区块链共识算法的分类标准不一，且其种类和数量还在增长，但可以大致根据容错类型、部署方式和一致性程度等加以分类。

• 容错类型：区块链共识算法分为拜占庭容错和非拜占庭容错
• 部署方式：将区块链共识算法分为公有链共识、联盟链共识和私有链共识
• 一致性程度：区块链共识算法分为强一致性共识和弱（最终）一致性共识等
• 选主策略：区块链共识算法分为选举类、证明类、随机类、联盟类和混合类

看到这里有些读者开始疑惑了，什么是选主策略呢？下表列出了常见的选主策略：

部分常见的共识算法

常见共识算法表：

常见共识算法图：

PoX类共识算法

PoX类的共识算法主要包括比特币所采用的PoW共识及一些类似项目（如莱特币等）的变种PoW，即为大家所熟知的“挖矿”类算法。

核心思想：实际是所有节点竞争记账权，而对于每一批次的记账（或者说挖出一个区块）都赋予一个“难题” ，要求只有能够解出这个难题的节点挖出的区块才是有效的。

此类算法的代表有：PoW,PoS,DPoS

• 工作量证明PoW（Proof of Work）算法，也被称为最耗电力的共识算法。在该算法中，所有节点通过提供工作量证明来争夺记账权，即最先提供足够的工作量证明的节点将向全网广播自己记的账（即区块），其他所有节点将该区块同步到自己的账本。
• 权益证明PoS（Proof of Stake）算法类似于股份制公司的股东机制，根据持有数字货币的量和时间，分配相应的利息。是由系统权益替代算力来决定区块链记账权的共识算法。即，拥有权益越大的节点则越有可能成为下一个区块的生产者。
• 委托权益证明DPoS（Delegated Proof of Stake）算法将成千上万个PoS节点，通过某种机制（例如持有代币的数量）选举出若干（奇数）个节点，在这几个节点之间进行投票选举（在一些实现中甚至会在这些节点间以令牌环的方式进行轮询，进一步减少投票开销）出每次的检点（出块）节点，而不用在网络中全部节点之间进行选择。

BFT类共识算法

与PoX类共识算法相比，BFT类共识算法采用了完全不同的思路。它希望所有节点协同工作，通过协商的方式来产生能被所有（诚实）节点认可的区块。

拜占庭容错问题最早由Leslie Lamport等学者于1982年在论文《The ByzantineGenerals Problem》中正式提出，主要描述分布式网络节点通信的容错问题。从20世纪80年代起，提出了很多解决该问题的算法，这类算法被统称为BFT算法。

非拜占庭错误（CFT）与拜占庭错误（BFT）：

• CFT（Crash Fault Tolerance）：通常用于处理失效节点，即那些停止响应但不会伪造信息的节点。这类错误可以通过如Paxos、Raft等算法来处理，它们往往性能较好，能容忍不超过一半的故障节点。
• BFT（Byzantine Fault Tolerance）：用于处理恶意节点，即那些可能发送错误或不一致信息的节点。这类错误更为复杂，因为恶意节点可能会试图破坏系统的一致性。

BFT类代表算法：

其中实用拜占庭（Practical BFT，PBFT）算法是最经典的BFT算法，由Miguel Castro和Barbara Liskov于1999年提出。PBFT算法解决了之前BFT算法容错效率较低的问题，且降低了算法的复杂度，使BFT算法可以实际应用于分布式系统。它能在恶意节点数不超过总结点数1/3的情况下达成共识。