区块链共识算法的比较

区块链共识算法的比较

王甜艾解清彭泽武张金波曾纪钧

（广东电网有限责任公司信息中心广东广州510000）

摘要：区块链共识算法结合了区块链技术中的去中心化以及如何让比特币平台平稳运行等技术，现在该算法已经成为了金融领域的重点技术之一。区块链共识算法技术框架当中最为重要一点的就是共识机制，能够在去中心化的前提下解决互相信任节点的问题。区块链在不同节点中达到相对平衡也是主要因为共识机制。文章介绍并比较了几种不同的共识算法，并对各算法进行了比较。

关键词：区块链；共识算法；算法比较

1.前言

区块链技术最先出现在《比特币：一种点对点式的电子现金系统》当中，现在起可行性已经被比特币所充分证明。区块链技术最大的优势就是能够在去中心设计的分布数据库当中使用时间戳和不对称秘钥加密算法等技术来应用对等式网络进行去中心化信用交易，进而解决中心化模式当中必然会存在的可靠性差和计算效率低下等一系列问题。

2.区块链的定义与结构

随着我国社会经济的不断发展，以及加密货币交易价格的不断攀升，人们随之逐渐加大了对区块链的研究。区块链更是在时间的不断推移下，得到了人们的广泛应用。区块链的实现，可以为用户提供有效且可靠的数据。由于数据在每个节点上都有着一定的副本，所以可以将其视为分布式数据库，而这个数据库只能允许通过添加的方式进行修改后或者是插入数据，不能允许删除这一操作。另外，同一条区块链的各个节点使用密码学相关协议，在允许存在一定比例的恶意节点的情况下，共同维护链上数据。因此，可以说区块链看做是创造信任的机器。

3.区块链各共识算法优劣性比较

目前区块链常见的共识算法大致可分为四类。这四个共识算法都有着不同。由于现如今还没有一种共识机制是完美无缺的，也就是说，现如今各共识机制都有着一定的有优劣性，本文就将针对这四种共识算法的优劣性进行相应的比较。

3.1工作量证明算法

对于工作量证明算法，我们可以用一句话对其进行概括，那就是干的越多，收到的就越多。工作量证明算法主要是依靠计算器进行数学运算，该过程重要的目的是为了从中获取记账权，由于其资源消耗相比其它公式机制高、可监管性弱，所以，若需要同时进行每次的共识达成需要全网共同参与到运算过程中，该过程中不仅其性能效率普遍偏低，而且其容错性只允许全网50%节点出错。由此可见，工作量证明算法的有点主要在于以下几个方面：（1）算法十分简单，且很容易实现。（2）节点之间是不需要通过变换其它信息就可达成的共识。（3）破坏系统需要投入极大的成本。工作量证明算法的缺点主要在于以下几点：（1）能源浪费率较高.（2）区块的确认时间难以缩短。（3）新的区块链必须找到一种不同的散列算法，不然就会面临比特币的算力攻击。（4）在实际的应用过程中会产生许多的分叉，且需要等待对个确认。（5）永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性。以上就是工作量证明算法的优劣性，相关人员在使用的过程中一定要对其加以重视。

3.2权益证明算法

对于权益证明算法而言，若需要用一句话对其进行概括的话，那就是：持有越多，获取将会越多。权益证明算法的主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比。相比于工作量证明算法，权益证明算法则在很大程度上减少了数学运算带来的一些资源消耗，其性能也比工作量证明算法提高了许多。虽然权益证明算法在很大程度上都得到了提升，但其依旧是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，其的可监管性依旧落后。权益证明算法与工作量证明算法唯一相同的一个地方就是，权益证明算法公式机制的容错性与工作量证明算法一样。因此，可以说权益证明算法其实是工作量证明算法的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度。对于权益证明算法而言，权益证明算法的优点主要在于：能够在缩短公式达成时间的同时，不需要大量消耗能源挖矿。其缺点主要在于：还需要挖矿，而且再次过程中的所有确认都只是一个概率上的表述，而并不是确定性的事情，且从理论的角度看，可以了解到其很可能存在其它攻击的影响。

3.3股份授权证明算法

股份授权证明算法其要求节点提供拥有一定数量的代币证明来获取竞争区块链记账权的一种分布式共识机制。根据相关的研究调查可以发现，股份授权证明算法的优势主要可体现在：其能够在一定程度上缩短达成共识的时间，并减低资源浪费的现象。而其缺点主要在于：（1）破坏者对网络攻击的成本低，网络安全性有待提高。（2）拥有代币数量大的节点获得记账权的几率更大，其会在很大程度上让全网的共识受到少数富裕账户支配，从而在本质上失去了公正性。

3.4PBFT算法

对于PBFT算法而言，PBFT算法可以在在保证活性和安全性的前提下提供了(n-1)/3的容错性。根据对其的研究调查也可以发现，PBFT算法的优点主要可体现在以下几个方面：（1）吞吐量高。（2）在交易的过程中，其交易时间较短。PBFT算法的缺点在于：（1）节点数量是固定的。以上就是PBFT算法的优劣性，相关人眼需要对其加以重视。

3.5各算法的综合比较

通过上述挨个对共识算法的分析可以看出，各共识算法之间的优劣性是不同的。其中速度最优的共识算法是PBFT算法。而最优节点数则是工作量证明算法与权益证明算法。通过图一，可以看出现如今的资本市场对共识算法的认可程度到底是怎样的。

图一区块链市值比较

4.结束语

共识机制有效的解决了区块链技术在分布式场景下难以达到一致性的问题，通过去中心化和网络成本以及安全机制等多个方面可以对公式算法进行评估，该技术未来创新技术在于降低共识算法复杂的程度。有关工作实践表明现在基于工作证明的共识算法已经渐渐的退出了市场，不消耗能源的共识算法会受到越来越广泛的欢迎，这也是市场发展的主要趋势。

参考文献

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