區塊鏈的核心是去中心化網絡的信任機制，而共識機制是實現這一目標的關鍵。共識機制可分為兩個階段：（1）提出共識內容（2）對內容達成共識（遵循最長鏈原則）。三種主流的共識機制主要有工作量證明PoW（Proof of Work），權益證明PoS（Proof of Stake），委托權益證明機制DPoS（Delegate Proof of Work），除了了解其基本內容，還需要學習其技術實現。

一、工作量證明（PoW）

PoW這個概念是1993年提出的，最早的用途不是用來實現加密貨幣的，而是用來防止垃圾郵件的。人們開始在使用電子郵件的時候會收到垃圾郵件的騷擾，如果發送垃圾郵件沒有成本，那么發送一百萬封電子郵件是很輕松的。所以人們想到了如果讓每一封郵件發送時都有一個微小的成本，那么鑒于成本，垃圾郵件就會被很大程度遏制了。而PoW就是為了服務這個目的而產生的。基本過程就是郵件接收方先廣播一道題出去，郵件發送方在發郵件時必須附帶上這道題的答案，這樣郵件才會被接受，否則就會被認為是垃圾郵件。

同理我們引入PoW機制下的哈希函數，實際上就是如何用哈希函數給計算機出題，由于計算機的解題速度很快，因此出的題目對于計算機“有挑戰性”，我們知道哈希函數最大的特點是如果輸入的數據哪怕有微小的區別，輸出的結果也會完全不同，這點保證了無法通過輸出結果去反向運算輸入，也沒有辦法縮小輸入的可能性范圍，另一方面，如果輸入相同則運算得到的輸出哈希一定相同。這一點保證了任何人都可以在一瞬間內驗證最終的哈希值是否正確。

比特幣系統的一個眾所周知的特點，就是很多礦工參與挖礦，但是每十分鐘網絡上產生的比特幣卻不是所有礦工均分的，而是誰先搶到記賬權，就把所有的比特幣獎勵給誰。記賬權的搶奪就是計算能力的比拼。比特幣的PoW機制，宏觀上就是要達成的就是判定哪個礦工的運算能力最強。這道題用到了哈希函數，但是系統要的答題結果也就是所謂的PoW，不是哈希函數的輸出，而是輸入。

為什么會這樣設置呢？因為從輸入計算哈希輸出，是一個非常直白的過程，計算機很擅長這樣的工作，不能明顯地體現出礦工之間計算能力的差異，而且系統必須要給全網廣播一個超級大的數，這樣才能比拼計算能力，涉及到網速等延遲問題，也不是很公平。所以比特幣系統的做法是反過來，給全網廣播一個哈希值，讓大家消耗自身算力嘗試不同的隨機數（nonce）找到它的輸入。因為前面提到的哈希函數獨特的特點，礦工們要想找到輸入，只能每次選一個數不斷嘗試瞎蒙，運算它的輸出和系統廣播的哈希值對比，如果不符合，換下一個數繼續，這顯然是一個概率問題，在相同的時間內誰能嘗試的次數多，大概率他會首先拿到正確的輸入，這就是PoW的基本原理了。

當然在實際中，比特幣系統是每十分鐘記賬一次，也就是需要所有礦工每十分鐘比一次，但是在十分鐘內想計算出一個精確哈希值的輸入是根本不可能的。所以系統每次給定的是一個哈希值范圍。具體規則就是，只要保證運算出的哈希值小于某個特定的數值，就認為提交的PoW是正確的，也就是說礦工們要盡力找到哈希值前幾位0越多越好（哈希值越小）對應的輸入。多年來礦工們的算力也有了很大提高，但是為什么比特幣系統還是能保證算出PoW的時間大致保證在十分鐘左右呢？答案就是系統可以通過調整0的個數來改變出題難度，雖然礦工們算力提高了，但是題也變得更難，所以需要花費的解題時間就會保持相對穩定。最快得到結果的礦工會把把自己的結果發送到全網（提交新創建的區塊），其他礦工都會驗證結果是否符合有效，如果有效，則每個節點都在自己的區塊鏈數據副本中添加這個有效區塊，開始新處理新的交易數據，努力創建新區塊。如果無效，則會被丟棄，礦工們繼續做手頭工作。

PoW共識的優點就是安全性高，隨著有效區塊的不斷積累，惡意節點需要極高的算力（超過總體的51%）來完成雙花攻擊，成本高昂。也存在著消耗算力和電力大的缺點。

二、權益證明（PoS）

在PoW中通過消耗大量的算力來爭奪記賬權，但是在每一輪共識中，只有一個節點得到了記賬權，其他節點的相當于是“陪跑”，算了被浪費了。而權益證明PoS于2013年首次提出被應用到了PeerCoin系統中，可以解決資源浪費的問題。

PoS?通過持有代幣的數量和時間（即“權益”）決定記賬權，??權益越高，被選中驗證交易的概率越大。

具體的技術實現是每個節點在每一輪共識中只需要計算一次Hash，當擁有的權益越多，滿足Hash目標的機會越大，獲得記賬權的機會越大。可以說，PoS是一個資源節省的共識協議。PeerCoin定義的權益除了與代幣數量有關，引入了幣齡（Coin Age），100個代幣持有兩天，幣齡為200，因此持有的代幣數量越多，時間越長，獲得記賬權的機會越大。

PoS的優點是??節能高效??：無需大量計算，能耗降低99%以上；缺點就是存在??“富人更富”問題??：代幣越多，收益越高，可能導致財富集中；
??改進方案??：以太坊2.0引入??Casper協議??，結合質押懲罰機制；Cardano采用分層PoS提升可擴展性。這里提到的一些前沿的技術先挖個坑，后面再補充。

三、委托權益證明機制（DPoS）

DPoS是由PoS演化而來的，持幣用戶通過抵押代幣獲得選票，以投票的方式選出若干的節點作為區塊生產者，代表持幣用戶履行產生區塊的義務。用戶投票最多的若干節點成為出塊節點，以EOX為代表是21個節點。在每一輪共識中，輪流選出一個出塊節點產生區塊，并廣播給其他的出塊節點進行驗證。若節點在規定時間內無完成出塊，或產生無效區塊，就會被取消資格，取而代之的事重新投票選取新的出塊節點。

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值得一提的是，EOS初期的DPoS的共識方法才采用的是最長鏈共識，意味著與PoW一樣區塊沒有絕對的最終性，交易的不可逆需要等待多個區塊確認。在18年時，EOS使用拜占庭共識代替最長鏈共識，名為BFT-DPoS。?

優點是高吞吐量??：區塊生成速度快（EOS可達3000+ TPS）；??低延遲??：適合高頻交易場景

缺點是??中心化爭議??：超級節點數量少，權力集中；賄選風險??：代幣大戶可能操控選舉。

四、三種共識對比

1. ??公有鏈場景??：注重去中心化與安全性時，PoW或PoS更合適；
2. ??聯盟鏈/高頻應用??：追求效率時，DPoS或PBFT更優；
3. ??新興方向??：混合機制（如Hedera Hashgraph）或分片技術（如Zilliqa）正在探索更高性能的解決方案。

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