區塊鏈共識分析的簡單框架_區塊鏈:POW

區塊鏈共識對比

延遲為交易發出到被共識確認所需要的時間。低：<10s，中：10s-600s，高：>=600s保持共識性能的情況下允許的共識節點數量。低：<100，中：>=100，高：沒有限制Bitcoin的NakamotoConsensus具有很低的通訊開銷，但由于共識參數的設定導致帶寬利用率低。EOS的宣傳中說的是BFT，但是與一些朋友交流得知現在用的依然是NC，也就是說EOS的DPoS與BitShares的DPoS應該是一樣。框架思路

共識算法是一個很大的話題，在區塊鏈出現之前，分布式系統和數據庫領域都已經有很多的共識算法的研究和沉淀。但區塊鏈的共識與之前的研究又有非常大的不同，如果不注意很容易掉進傳統共識的老套路里面。實際上不僅僅是區塊鏈有自己的獨特需要，我的感覺是數據庫會議上的共識研究和分布式系統上的共識研究也是有不小的區別。其實這非常好理解，因為場景不同嘛，設計自然不同。本文嘗試提出一個分析區塊鏈共識的簡單框架，方便將不同的區塊鏈共識放到一起來比較。基本要求

首批資本市場金融科技創新試點項目發布：擬納入16個項目，涉及區塊鏈等技術:11月19日消息，中國證券監督管理委員會北京監管局、北京市地方金融監督管理局公布了首批擬納入資本市場金融科技創新試點的16個項目名單，向社會公開征求意見。首批擬納入試點的16個項目中，牽頭申報單位包括了4家市場核心機構、4家證券公司、5家基金管理公司、1家信用評級機構以及1家區域性股權交易市場運營機構，聯合申報單位包括多家市場核心機構、證券期貨經營機構、銀行以及科技企業；技術應用涉及了大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術，以及安全多方計算、聯邦學習、云原生、信創等復合交叉技術應用；業務場景包含了智能投顧、智能運營、智能交易、智能風控、智能營銷等資本市場各類業務領域。（北京日報）[2021/11/19 22:03:54]

共識的基本度量包括兩個方面，正確性和性能。正確性簡單來說包括：一致性(Consistency)-節點最終能看到相同的本地狀態活性(Liveness)-請求/交易總會在有限時間內被處理正確性是最最基本的要求，這也是大部分區塊鏈共識都能做到的。要在異步網絡中始終保證一致性和活性是一個非常難的任務，因此共識設計通常會選擇保證一點而在一些特定情況下放棄另外一點，例如Bitcoin使用的Nakamoto共識選擇優先保證活性，而BFT共識則優先保證一致性。性能包括：吞吐量(Throughput)-單位時間內系統可以處理的請求數量延遲(Latency)-一個請求/交易從發起到處理完畢/完全確定所需要的時間對吞吐量和延遲的影響因素很多，例如共識節點的數量，共識的消息復雜度，消息驗證需要的時間，共識可用的帶寬，共識設計的傾向等等。一般來說，吞吐量和延遲也難以兩全，這是因為共識的消息復雜度有一個下限：對于每一輪共識，參與共識的節點至少要收到一次消息。如果要低延遲，就要盡快對每個請求/交易的達成一致，意味著單個請求/交易需要更高的消息復雜度；如果要高吞吐，就要盡可能的對請求/交易進行批量處理，以此降低單個請求/交易的消息復雜度，但也會造成高延遲。對于共識性能，Nervos研究團隊的張韌提出的一個比較有參考性的指標是共識對帶寬的利用率：給定相同的帶寬，共識對帶寬的占用越低，共識的吞吐量越高。

聲音 | 清華大學程小永：區塊鏈是為AI智能新物種準備的數字社會治理體系:10月21日，清華大學互聯網產業研究院兼職研究員程小永發表文章《區塊鏈是為AI智能新物種準備的數字社會治理體系》。文章指出，未來萬物互聯，萬物有腦。第四次工業革命的最終成果，將以智能機器新物種的成熟為標志。智能機器物種將與人類并存。區塊鏈點對點技術協議以及智能合約、可編程數字貨幣技術，與物聯網及5G結合，將實現智能機器物種們：設備網絡化、數據化、數據資產化、資產交易化、交易金融化。智能機器物種們將通過區塊鏈，進行數據交易協作，MPC算法協作及數字貨幣激勵。區塊鏈是基于代碼信任而產生的一種分布式記賬技術，其代碼信任而產生的共識機制，帶來了全新的貨幣體系和金融體系，顯然，這種基于代碼的信任體系并不是為由細胞組成的人類而準備的，而是為同樣由代碼構成的未來智能機器新物種們而準備的協作、分配、金融等一些列智能機器社會治理新體系。這個基于代碼信任而構建金融、經濟、協作、治理體系，是為未來智能機器人而準備的，它將與人類世界現有金融經濟社會治理體系二元發展。[2019/10/21]

區塊鏈共識的特點

聲音 | 軟件協會區塊鏈分會副秘書長：區塊鏈應與具體業務相結合 便于廣泛使用:據中證網消息，中國軟件行業協會區塊鏈分會副秘書長李順江認為，區塊鏈技術要為政府、企業和民眾所接受，關鍵在于能否與政府具體業務相結合，能否給企業和民眾帶來便利，同時提供一個“用戶教育成本低”的平臺，便于大家廣泛使用起來，這樣才能讓高深的技術概念步入“尋常百姓家”。[2019/5/24]

動態的參與者集合

無論是permissionless還是permissionedblockchain，最重要的一個特征是它是一個長期運行的開放系統。長期運行和開放疊加的結果是，共識的參與者會一直變化，每隔一段時間，總會有老的共識節點離開，新的共識節點加入，共識參與者是一個動態集合。如何處理共識參與者的動態變化，是區塊鏈共識的一個核心問題。與區塊鏈共識不同，傳統的共識研究往往先假設一個固定的參與者集合，然后研究如何在這個集合內達成共識，偶爾討論參與者集合變化時的處理，基本上不關心參與共識需要什么樣的資格。研究的重心在于如何保證共識的正確性，形成共識集合的方式只是個附屬課題。傳統共識的應用場景往往是中心化控制的網絡，增加或者減少的服務器都是自己的，形成這樣的側重也很自然。數量眾多的參與者

動態 | 報告：在國外市場 區塊鏈應用程序員是最搶手的:據羊城晚報消息，近日，就業安置機構Hired對自家平臺上的98000名程序員進行了一項調查，最終發現，在國外市場，區塊鏈應用程序員是最搶手的。從2017年到2018年，雇主對擁有區塊鏈開發經驗的程序員的需求猛增517%。除此之外，安全工程師也頗受青睞，需求同比增長132%。而在受訪的程序員中，只有12%的人表示他們對區塊鏈技術最感興趣。[2019/3/9]

去中心化是permissionlessblockchain共識協議的一個獨特目標。我們通常用參與共識的門檻來度量去中心化程度，參與門檻越低，去中心化程度越高。低參與門檻的自然結果是共識參與者的集合可以非常的大，因此共識協議的設計必須考慮到這一點，保證共識效率不會因為參與者的增多而下降。最小的信任模型

執行共識算法的目的是為了能對一個計算請求產生一致的計算結果，在這個過程中一定會有發起請求的節點和處理請求的節點。在傳統共識模型中，有的完全在請求處理節點集合內部執行共識算法，有的是由請求發起節點和處理節點一起執行共識算法，無論何種情況，信任邊界一般是在請求發起節點和請求執行節點之間，發起節點將計算請求發送給執行節點，執行節點計算出結果后返回給發起節點，發起節點信任執行節點的計算結果。

動態 | 1月份多省市政府工作報告中、會議報告中推出區塊鏈扶持政策:據互鏈脈搏消息，1月份，國內區塊鏈監管方面的政策信息共4條，區塊鏈扶持相關的政策信息則有16條（占比最大的是浙江省）。而相對于監管，國內更多的是對區塊鏈的扶持。正值年初，多省市都在工作報告、會議報告中表示將著力發展區塊鏈領域。1月份，國外區塊鏈監管政策的相關信息共有28條，區塊鏈扶持政策的相關信息共有14條（美國表現得較為積極）。[2019/2/1]

區塊鏈共識的信任模型則大為不同，對信任的要求往往要小的多。在permissionlessblockchain網絡中，同一個節點即發起交易又參與共識，節點對于共識結果要進行驗證，并不是簡單的信任其他節點的共識結果。以Bitcoin為例，如果一個全節點參與挖礦，它就同時是一個發起請求的節點和處理請求的節點。即使它只想做一個安靜的全節點，不參與挖礦，它也會自行驗證收到的請求處理結果，并不信任其他共識節點提供的結果。這樣的全節點只是選擇跟隨多數算力選擇的交易排序，不相信多數算力給出的交易結果。這是一個最小的信任模型。SPV/輕節點使用一個比全節點更強的信任模型，并不驗證交易的執行，只驗證區塊頭的有效性。如何驗證區塊頭的有效性則是區塊鏈共識設計的另一個核心問題。如果只是通過對區塊頭附帶的非對稱簽名來驗證有效性，這個信任模型基本上和傳統共識的信任模型是等價的，因為傳統共識中的請求處理節點也可以對結果附加簽名，這個模型在結合動態參與者集合時會遇到一系列的問題，例如大家熟知的長程攻擊。如果是通過PoW來驗證區塊頭有效性則天然沒有這些麻煩，主流的研究方向是在于如何進一步提高區塊頭的驗證效率。一個簡單的分析框架

根據以上的分析，我們可以整理出一個簡單的區塊鏈共識分析框架，用于比較各種區塊鏈共識：進入方式*-購買算力/抵押代幣/…出塊方式*-輪流出塊/PoW隨機選擇/鏈上偽隨機/VRF隨機選擇/…共識方式*-NakamotoConsensus/BFT/…退出方式*-停止挖礦/解除抵押/...一致性-可以容忍多少惡意節點/算力/Stake/…活性-可以容忍多少惡意節點/算力/Stake/…延遲-交易被完全確認(被推翻的概率小于x)所需要的時間帶寬效率-共識對帶寬的利用率，越高越好節點數量-共識節點的數量上限是高還是低舉例說明：

99%的確定性考慮自私挖礦無論多小的正常算力都有機會出塊，但是平均延遲會增加https://github.com/tendermint...https://medium.com/nervosnetw...對于一個區塊鏈共識協議來說，前四點基本上決定了后面的特征。通過這個框架也容易看到，我們通常所說的“PoW共識”或者“PoS共識”是非常模糊的描述，PoW/PoS僅僅是選擇出塊節點的方式，不能表達具體的共識過程是什么樣子。我們甚至可以設計一些非常混搭的共識協議，例如設計一個需要通過抵押代幣來參與，通過PoW來選擇出塊節點，通過NakamotoConsensus形成最長鏈的協議，或者是設計一個需要通過PoW來參與，通過VRF來選擇出塊節點，通過BFT來達成共識的協議。激勵分析

在上面的框架之上，我們還可以疊加一個在傳統共識中沒有的維度：共識激勵。區塊鏈在共識中引入了經濟激勵，通過機制設計將納什均衡與系統目標融合在一起，引導參與者遵守協議，共識參與者的效用函數可以方便的以其經濟收益來衡量。共識獎勵往往通過系統內原生代幣實現，獎勵價值由代幣價值決定，在一個正確設計的共識協議中參與者應該按照付出的多少獲得相應的回報。共識成本的組成比較復雜，對應上面的框架，我們需要分析共識的進入成本，出塊成本，共識成本，退出成本，這些成本共同構成了節點參與共識的成本。正確的共識激勵對網絡的安全性和去中心化程度都有影響，因此激勵分析是共識分析的一個重要部分。更多…

你是不是覺得這個分析框架有道理呢？歡迎給我們提出意見！本文感謝Jan、萬涔涔、高亦民的共同撰寫分析。如果你有興趣，不妨嘗試一下用這個框架來分析整理一些區塊鏈共識協議(e.g.Casper/Ethereum2.0,EOS,Cardano,Algorand,etc.)并回復到NervosTalk，也許我們可以一起整理出一個區塊鏈共識一覽表！

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