扒开区块链美丽外表,三十种共识算法,直抵背后的灵魂(中)

历史证明(PoHistoryProof of History)共识算法

采用者:Solana

解释:其基本理念是不相信交易中的时间戳,而是证明交易在某个事件之前或之后的某个时刻发生。

如果我们对某期《纽约时报》的封面拍了张照片,那么我们就创建了一个证明,即我们的拍照时间是在该报纸发行之后,或许也可能是我们有某种途径影响了纽约时报的正常发行。我们可以使用 PoHistory 创建一个历史记录,证明一个事件是发生在特定时间之后的。

 

 

 

PoHistory 是一种高频可验证延迟函数(VDF,Verifiable Delay Function)。VDF 求值需要完成特定数量的顺序步骤,然后生成一个唯一的输出。该输出可被高效地和公开地验证。

VDF 的一个特定实现使用了持续运行于其上的顺序抗预映射哈希(Pre-image Resistant Hash),其中前一次循环生成的输出将用于下一次循环的输入。计数和当前输出形成周期性记录。

如果使用了 SHA256 哈希函数,那么不使用 2128 核的暴力攻击,该过程是不可能并行化的。

因此我们可以确认,每个计数器在生成过程中都的确经历了一定的时间。进而,每个计数器记录的顺序与实时情况是一致的。

 

权益流通证明(PoSV,Proof of Stake Velocity)共识算法

采用者:Reddcoin

解释:PoSV 是作为 PoW 和 PoS 的一种替代方法而提出的,其目的是提高 P2P 网络的安全性,进而用于确认 Reddcoin 交易。Reddcoin 是一种加密货币,专为加速数字化时代的社交交互而提出的。PoSV 在设计上鼓励所有者(权益)和活动(流通),直接对应于 Reddcoin 作为真实货币的两个主要功能,即存储价值和交换中介。Reddcoin 也可在异构社交场景中作为计量单位使用。

 

重要性证明(PoImportance,Proof of Importance)共识算法

优点:在权益计算方面要优于 PoS。

使用者:NEM

解释:NEM 共识网络不仅依赖于代币的数量,而且依赖于生成系统行动得到回报的可能性。区块收益机率是各种因素之一,此外还包括不好的名声(受控于不同的框架设计目的)、差额,以及从该处做出和得到的交易数量。它也被称为“重要性计算”(Importance Calculation),因为它可为“有用的”系统成员提供更全面的图像。

一名用户要具有资格执行重要性计算,其账户余额至少需要为 10000 枚 XEM。考虑到只有不到 90 亿枚 XEM 在流通,实现这一目标并非过于昂贵。在未来 10000 枚 XEM 的阈值有可能会发生变化,但就目前而言,它仍然没有变化。重要性计算是使用特定算法完成的,而不仅仅考虑用户份额的概率和规模。

需要指出的是,NEM 的 PoImportance 对任何操控都具有抵制力。该共识的底层机制可缓解女巫攻击(Sybil Attack)和循环攻击问题。谨记,“PoImportance 并非 PoS”,尽管两者很容易被同等看待。

 

烧毁证明(PoBurn,Proof of Burn)共识算法

采用者:Slimcoin、TGCoin(第三代代币)。

解释:PoBurn 并非在昂贵的计算设备上一掷千金,而通过发送代币到一个不可检索地址实现“烧钱”(Burn)。将代币发送到一个并不存在的地址,用户将根据某个随机选择过程,获得整个生命时间内对系统挖矿的特权。

PoBurn 有多种实现方式,矿工可以烧毁原生的货币,或者烧毁一些其它区块链的货币,例如比特币等。烧毁的代币越多,用户就越有机会被选中去挖掘下一个区块。

随时间的流逝,用户在系统的权益会得到弱化。因此,最终用户为增加在这个博彩中被选中的机会,会考虑烧掉更多的代币(这可类比于比特币的挖矿过程,用户必须不断投资更现代的计算设备以维持哈希能力)。

尽管 PoBurn 是一种有意思的 PoW 替代者,但是该协议依然会毫无必要地浪费资源。另一个批评是,挖矿能力只会偏向于那些愿意烧掉更多钱的人。

 

身份证明(PoI,Proof of Identity)共识算法

解释:PoI 是一块表示了加密事实的数据。它支持用户指定一个私钥,并对应到一个经认证的身份,加密将附着到一个指定的交易。来自于某些组中的每个个体都可以创建 PoF(因为它只是一块数据),并将该数据展示给其它任何处理节点的人。

 

活动证明(PoActivity,Proof Of Activity)共识算法

使用者:Decred

解释:为避免出现恶性通货膨胀(当大量货币充斥系统时就会发生),比特币将只生成两千一百万枚。这意味着,在某些时候,比特币区块奖励补贴将终止,比特币矿工将只能收取交易费用。

一些人猜测这可能会导致由“公地悲剧(Tragedy of the commons)”所引发的安全问题,人们出于自身利益考虑行事并破坏系统。因此,人们提出了 PoActivity 作为一种替代 Bitcoin 的激励结构。PoActivity 是一种结合了 PoW 和 PoS 的混合方法。

在 PoActivity 中,挖矿一开始使用的是传统的 PoW,矿工们争相解决加密难题。根据实现,挖掘的区块不包含任何交易,它们更像模板。因此,胜出的区块将只包含头部信息,以及矿工的奖励地址。

此时,系统将切换到 PoS。PoActivity 根据头部信息选择一组随机验证者对新区块签名。如果一位验证者所拥有的系统中代币越多,那么该验证者被选中的可能性也会越大。一旦所有验证者已签名,那么模板就会变成一个完整的区块。

如果在完成区块时,某些选定的验证者是不可用的,那么就选择下一个胜出区块,并选择一组新的验证者,依此类推,直到区块收到到正确数量的签名。费用由矿工和在区块上签名的验证者分摊。

对 PoActivity 的批评包括挖掘区块耗能过高(与 PoW 一样),以及无法阻止验证者做双重签名(与 PoS 一样)。

 

时间证明(PoTime,Proof of Time)共识算法

使用者:Chronologic

解释:PoTime 是一种由 Chronologic 提出的共识算法。Chronologic 设计构建一种**的区块链,其首席开发人员提出:

我们的问题在于,Solidity 中一个变量可存储的最大数是 1076 的数量级。这使我们很难处理时间生成和令牌生成。

 

存在证明(PoExistence,Proof of Existence)共识算法

使用者:Poex.io、HeroNode、DragonChain。

解释:PoExistence 是一种在线服务,它通过比特币区块链对交易打时间戳,验证在特定时间是否存在计算机文件。

PoExistence 是作为一项开源项目在 2013 年提出的,由 Manuel Araoz 和 Esteban Ordano 开发。

用例:

  • 不泄露实际内容的数字签署协议(Digital Sign Agreement)。
  • 不泄露实际数据,展示数据的属主。
  • 记录时间戳。
  • 证明属主。
  • 检查文档完整性。

 

Ouroboros共识算法

采用者:Cardano

解释:Ouroboros 是 Cardano 使用的共识算法。它是 PoS 的一个变种,具有严格的安全性保证。

 

可收回证明(PoRProof of Retrievability)共识算法

采用者:Microsoft

解释:PoR 是一种紧凑证明,表示文件系统(证明者)中的目标文件 F 对客户端(验证者)而言是完整的。由于使用 PoR 比传输文件 F 本身而言具有更低的通信复杂性,因此 PoR 对于构建高可靠的远程存储系统是一种颇具吸引力的构建模块。作为一种共识算法,PoR 对于云计算系统非常有用。

 

拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance)

 

 

优点:

  • 高速。
  • 可扩展。

不足:通常用于私有网络和许可网络。

采用者:Hyperledger Fabric、Stellar、Ripple、Dispatch

解释:拜占庭将军问题是分布式计算中的一个经典问题。问题描述为,几位拜占庭将军分别率领部队合力包围了一座城市。他们必须一致决定是否发起攻城。如果一些将军在没有其他将军参与的情况下决定发起攻城,那么他们的行动将以失败告终。将军们之间相互隔着一定的距离,必须依靠信息传递进行交流。 一些加密货币协议在达成共识时使用了特定版本的 BFT,每种版本都具有各自的优缺点:

实用拜占庭容错(PBFT,Practical Byzantine Fault Tolerance):首个提出的该问题解决方案称为“实用拜占庭容错”(PBFT),当前已被 Hyperledger Fabric 采用。PBFT 使用了较少(少于 20 个,之后会稍有增加)的预选定将军数,因此运行非常高效。它的优点是高交易通量和吞吐量,但是不足之处在于是中心化的,并用于许可网络。

联邦拜占庭协议(FBA,Federated Byzantine Agreement):另一类拜占庭将军问题的解决方案是 FBA,已被 Stellar 和 Ripple 等代币使用。FBA 的通用理念是每个拜占庭将军负责自身的链、消息一旦到来,通过排序建立事实。在 Ripple 中,将军(验证者)是 Ripple 基金会预先选定的。在 Stellar 中,任何人都可以成为验证者,需要用户选择去相信哪个验证者。

由于 FBA 可提供令人难以置信的吞吐量、低交易开销和网络扩展性,我相信 FBA 类公式算法是目前提出的最好的分布式共识发现算法。

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