共识机制是区块链的一个组成部分，没有它就不可能存在。它为区块链生态系统提供动力并确保其安全。但是共识算法还有哪些其他用途，哪一个最好呢？
去中心化、交易安全以及未知节点之间的信任------所有这些功能都是由于共识算法的存在而成为可能。
由于比特币仍然是迄今为止最受欢迎的区块链，您可能听说过它所依赖的工作证明（PoW）共识模型。尽管该算法是讨论最多的算法之一，但它远非理想。因此，它目前正在被更先进、更环保的机制所取代。
为什么需要了解区块链共识算法之间的差异？原因是这些机制确实是区块链技术的核心，未来平台最重要的性能指标（例如交易的安全性、速度和最终性）将取决于共识算法的类型。
让我们深入研究各种算法，了解它们的优点和缺点，并找出哪一种最适合您的特定情况。
区块链中的共识机制是什么？
共识算法，也称为共识机制、模型或协议，是一种用于实时达成关于区块链真实状态的共同协议的系统。
简而言之，这样的系统确保区块链网络的所有节点都是同步的，并且交易是经过身份验证和安全的。一旦节点同意交易的合法性，交易就会获得批准并记录在区块链上。之后，该块将永远保留在那里。
共识算法除了保证整个区块链的安全外，还有助于在去中心化网络中的陌生人之间建立信任。之所以能实现这一点，是因为算法决定信任哪些节点以验证和启用交易。
有哪些类型的共识算法？
最广泛使用的共识机制是工作量证明、股权证明、委托股权证明、权威证明和历史证明。现在我们将了解它们之间有何不同，以及它们如何影响区块链驱动的平台的工作。
工作量证明（PoW）
工作量证明是最古老的算法，与中本聪创建的第一个区块链一起出现。
这种共识机制完全依赖于充当节点的矿工。他们竞相解决复杂的密码难题，第一个解决的人将获得挖掘下一个区块的权利。此外，"获胜者"还可以获得新铸造的加密货币作为奖励。
好处
最明显的好处涉及矿工本身。尽管他们必须解决的难题极其复杂，并且只有第一个矿工"获胜"，但他们仍然有机会超越其他人并获得加密货币奖励。
另一个主要优点是防止黑客攻击。由于这种共识模型需要大量的计算能力和精力，因此黑客很难改变系统。即使他们尝试这样做，设备、电力和精力的成本也将超过所获得的利润。
由于工作量证明共识使得几乎不可能更改任何区块，因此您可以确保它保持每笔交易的真实性和可追溯性。
缺点
随着区块链技术越来越先进，解决哈希值变得越来越困难，整个过程需要越来越多的计算能力。因此，矿工必须使用昂贵且消耗大量能源的专用硬件。
看看这个统计数据：开采一个比特币需要至少13 年的普通家庭用电。当你考虑有多少矿工参加比赛时，你很难理解这些数字。
显然，PoW 协议对环境不利 ，并且对于充当网络验证者的矿工来说可能会造成高昂的经济成本。
另一个问题是这种共识机制与缓慢的交易速度相关。验证一个区块并批准一笔交易可能需要十多分钟。同时，交易费用也相当高。
区块链
基于工作量证明 (PoW) 共识机制运行的区块链，包括比特币、莱特币、门罗币和绿币，一直是加密货币领域的重要参与者。
比特币作为先驱，为基于 PoW 的区块链设定了标准。它的区块生成时间约为 10 分钟。
莱特币是作为比特币协议的变体而创建的，有一些关键的区别。值得注意的是，它的区块生成时间更快，仅为 2.5 分钟。更快的确认时间以及极低的交易费用（平均约 0.01 美元）使莱特币成为小额交易和销售点支付的有吸引力的选择。
绿币于 2014 年 1 月作为莱特币的一个分支出现，优先考虑去中心化和矿工的可访问性。它采用与莱特币相同的 2.5 分钟出块时间，最大供应量为 8400 万枚，与其前身类似。
门罗币也于 2014 年推出，自推出以来已完成约 3200 万笔交易。其PoW共识机制采用RandomX算法，专门为促进去中心化挖矿并抵抗ASIC等专用硬件的影响而设计。门罗币大约每两分钟生成一个新区块。
著名项目
按市值计算，莱特币、比特币现金、门罗币、Zcash、达世币、Decred 和狗狗币都是基于 PoW 的加密货币。
股权证明 (PoS)
PoS 共识算法是 PoW 模型最流行的替代方案。该机制不涉及挖矿，但需要您投入硬币才能参与网络。
那么，权益证明如何运作？
PoS 随机选择验证者，但会考虑他们持有的加密货币的规模。如果交易没有问题，则会将一个块添加到区块链中，验证者将因其贡献而获得网络费用。然而，如果验证者提议添加一个包含虚假数据的区块，他们将面临处罚，并因此失去部分质押资产。
好处
在权益证明中，验证者不需要购买昂贵的硬件 ，只需使用普通电脑即可。因此，更多的人有能力成为节点。除此之外，节点越多，去中心化程度就越强。
这里还有另一个优点------无需挖矿，共识过程更加节能。为了了解 PoS 共识的环保程度，我们可以比较权益证明与工作量证明。
权益证明还提供更快的交易速度。基于 PoS 的 Flow 管理着超过 1,000 tps，而 Avalanche 区块链则管理着超过 4,500 tps。
缺点
尽管每个基于 PoS 的区块链协议都有不同的规则和条件，但大多数协议都要求验证者在一定时间内锁定最低数量的加密货币。在此期间，无论加密货币发生什么情况（价格可能下跌或飙升），您都将无法"取消质押"并进行交易。
另一个问题是，拥有较大质押资金的验证者在网络上的权重更大，因此它们可能对交易验证产生过大的影响。它还导致加密货币囤积。
区块链
以太坊、Flow、Cardano、Avalanche、Polygon 和 Tezos 都是使用权益证明共识协议的区块链。这些平台也是目前加密社区中最受欢迎的平台之一。
以太坊于 2022 年 9 月 15 日经历了一场名为"以太坊合并"的重大事件。这一事件标志着以太坊生态系统的一个重要里程碑，因为它从 PoW 共识机制过渡到 PoS 共识机制，使平台的能耗降低了 99.95%，令人印象深刻。以太坊 2.0 现在依赖于 PoS 算法，通过质押而非能源密集型挖矿来验证交易。
以太坊合并引入了信标链作为官方 PoS 共识层，负责验证交易和维护账户余额。这不仅使以太坊更加节能，还为未来的增强功能（包括分片）奠定了基础。分片将极大地提高可扩展性，使以太坊的交易吞吐量远远超出之前每秒 15-45 笔交易的限制。
至于卡尔达诺，一些评论员称其为沉睡的巨人或以太坊杀手。到目前为止，卡尔达诺平均处理 250 tps，一笔交易的成本不到 1 美元。预计在Hydra扩容解决方案发布后，Cardano系统的处理能力将达到200万tps，这是一个非常高的标准。
Polygon 和 Tezos 被认为是节能且环保的区块链------这是一个很大的优势。
著名项目
NBA Top Shot可能是由基于 PoS 的 Flow 区块链支持的最受欢迎的项目。该平台展示和销售以著名篮球运动员为主角的 NFT 收藏品，迄今为止销售额已超过10 亿美元。
如果您想知道哪些加密货币是权益证明，一些最成功的加密货币包括 Cardano、Avalanche、Cosmos、Qtum 和 Celo。
委托权益证明 (DPoS)
委托权益证明算法可以被认为是权益证明机制的增强版本。
抵押代币并根据其资金比例选择验证者的概念在这里仍然是相同的。主要区别在于新民主投票制度的实施，该制度有两个参与者：选民和代表。选民是持有代币的人，代表是由选民选出来验证交易的人。
代表们参与投票系统直接关系到他们的声誉。如果当选代表表现不佳或犯错误，他们就会被开除并被替换。
好处
DPoS系统的主要优点之一是实时投票可以持续监控网络安全。一旦选民发现恶意活动，他们就会立即投票淘汰可疑的代表。即使代表一直表现完美，他们也可能随时被从网络中驱逐。
在能源消耗方面，DPoS比 PoS更节能、更实惠。
委托权益证明机制的使用也对交易确认和执行的速度产生积极的影响。基于 DPoS 的区块链每秒进行 2,000 至 8,000 笔交易。
缺点
虽然 DPoS 系统因其去中心化特征和民主方法而受到称赞，但网络仍有可能变得更加中心化。如果代表们决定通过创建所谓的卡特尔来共同努力，这种情况就可能发生。在这种情况下，交易验证将依赖于一小部分人，这将使网络产生偏见并容易受到恶意行为的影响。
另一个问题与网络安全有关。很明显，一个好的区块链网络需要大量活跃的用户。负责维护网络的人越少，组织 51% 攻击就越容易------当一个人或一群人控制超过 50% 的区块链算力时，就有可能发生这种攻击。
最后，还有一个 PoS 共识固有的问题：持有更多代币的选民拥有更多权力。如果他们决定滥用权力，将会对整个网络的运行产生负面影响。
区块链
Tron、Steem、EOS 和 WAX 等区块链都在 DPoS 共识机制之上运行。所有这些区块链在交易速度方面都具有高度可持续性和高性能。
WAX 区块链通常用于创建 NFT 市场和运行基于区块链的游戏，其执行速度约为 8,000 tps。得益于底层的 DPoS 算法，WAX 消耗的能源比比特币少125,000 倍。
至于EOS，该区块链每秒最多可以执行4,000笔交易。 EOS 也被认为是碳中和区块链，因为它的能源效率是比特币的66,454 倍。
著名项目
Bitshares、Steem 和 Lisk 是最著名的使用 DPoS 共识算法的项目。
Bitshares是一个 DeFi 平台，提供内置 DEX、通过智能合约铸造加密货币、参与流动性池等。
反过来，Lisk区块链平台对开发人员来说也很重要，因为它使他们能够构建可扩展且节能的可定制 dApp。
权威证明（PoA）
权威证明是一种更适合私有区块链网络的算法。在这种机制中，验证者不是抵押代币，而是抵押自己的身份和声誉。
由于人们必须赢得成为验证者的权利，并且需要证明自己的真实身份，因此他们有兴趣通过有效工作和遵守严格的规则来保持健康的声誉。
该算法仅选择有限数量的节点，这些节点成为唯一负责验证交易、构建区块和维护网络的节点。与此同时，验证者不需要持续监控网络，因为他们使用特殊的软件。
好处
PoA算法也不需要很高的计算能力，因此不需要购买昂贵的硬件，并且这种共识仍然是节能的。验证者的另一个好处是，虽然他们必须透露自己的身份并提供文件，但参与网络会给他们带来真正的权力和奖励。
对于企业主来说，这种共识算法也是一个相当安全的选择，因为他们依赖于声誉受到威胁的真实人物。受到攻击的可能性也很低，因为所有验证者在获得权限并成为验证者之前都会经过检查。
快速且可预测的交易时间是 PoA 提供的另一个优势。平均而言，创建和添加新信息块大约需要五秒钟。
缺点
第一个缺点实际上对平台所有者有利，但对验证者不利。基于 PoA 的系统只允许具有既定声誉的人参与网络，因此对于普通人来说成为验证者并不那么容易，甚至可能是不可能的。
权力下放的程度也值得怀疑。基于 PoA 的系统意味着网络由少量且有限数量的验证者维护，这与去中心化的理念相反。这就是为什么权威证明共识主要用于私有区块链网络。
区块链
POA Network是第一个基于以太坊协议的权威证明共识的公共平台。该网络为智能合约提供了一个开源框架。
VeChainThor 是 PoA 驱动的区块链的另一个著名例子。它的创建者正在推广大规模公众采用区块链用于商业目的的想法，并使这项技术毫无争议地适合企业。两个最常见的用例是基于区块链的供应链和 NFT 市场。
作为Hyperledger 项目的一部分，Hyperledger Besu 同时使用工作量证明和权威证明算法。这种企业友好型区块链非常适合任何与供应链合作的行业。
著名项目
微软Azure正在其以太坊驱动的云计算系统中使用PoA机制。 Azure 的区块链在GE Aviation的解决方案中实施。该解决方案旨在简化飞机零部件的跟踪并减少供应链管理中典型的低效率现象。
谈到此次合作，GE 航空数字集团区块链负责人 David Havera 解释道：
"以前，我们必须手动提取有关零件制造地点和修理人员的历史文档，这需要数月到数年的时间。现在，我们只需扫描一个零件，即可实时掌握该故事。"
另一个例子是沃尔玛与唯链在中国的合作。沃尔玛的商品使用唯链雷神区块链进行跟踪，以帮助解决食品安全问题并优化产品召回。
历史证明（PoH）
PoH 是最年轻的共识算法之一。这种机制从字面上可以称为区块链的时钟。但历史证明是如何运作的呢？
PoH 代表一种内置同步机制，可以解决臭名昭著的时钟问题。这里的要点是，许多去中心化网络中的节点在验证交易时必须依赖外部信息源来分配"中值"时间戳。 PoH 算法提供一个内部时钟，始终为网络中的所有节点显示相同的时间。
好处
在典型的区块链基础设施中，区块是按顺序连接的，在继续之前需要时间等待确认。使用PoH，无需等待顺序出块，这大大加快了交易验证过程。
因此，历史证明还可以实现高交易吞吐量 ------每秒高达 65,000 个交易。同时，交易成本很低------仅为0.00025美元。
更重要的是，PoH 算法无需转向外部来源获取时间戳。消除第三方服务对于任何分布式系统都有好处，因为它可以节省运营时间和成本。
缺点
例如，如果我们比较历史证明与股权证明，我们可以看到，为了成为基于 PoS 的网络中的验证者，您只需要一台普通 PC。但是，使用 PoH 时，您的硬件需要满足 基于 PoH 的 Solana文档中描述的严格规范。这意味着成为 PoH 网络中的验证者有点困难而且相当昂贵。
还有人担心 Solana（迄今为止唯一基于 PoH 的区块链）可能并不像看起来那样去中心化 。迄今为止，它的网络上有 1,987 个验证器。问题是，有22 名验证者，合计控制着总股份的 33% 以上。如果他们串通并决定关闭整个网络，他们可以很容易地做到这一点。
区块链
正如我们刚才提到的，Solana 是迄今为止唯一使用 PoH 共识机制的区块链。该算法由 Solana 项目联合创始人 Anatoly Yakovenko 开发。
Solana 区块链已经取得了几项重大胜利。例如，其 SOL 代币是按市值排名前 10 位的加密货币，其 24 小时交易量超过 9.55 亿美元。另一项成就是基于 Solana 构建的项目数量不断增加。其生态系统中有900 个解决方案，并且每天都在扩展。
著名项目
基于 PoH 的 Solana 区块链通常用于构建 DeFi 平台以及NFT 市场和游戏。
让我们考虑 Serum，一个由 Solana 驱动的去中心化交易所。一方面，它在匹配买家和卖家并保持较高的交易速度方面类似于中心化交易所。但同时，它又是一个完全透明、不需要任何第三方参与的DEX。
基于 PoH 的项目的另一个例子是 SolChicks。这是一款边玩边赚钱的游戏，您可以在其中赢得 NFT 收藏品。玩家还使用 SolChicks 作为游戏虚拟宇宙中的角色。
其他共识算法呢？
区块链共识机制的列表并没有到此为止。还存在其他算法，例如实用拜占庭容错（pBFT）、经过时间证明（PoET）、活动证明（PoA）、权重证明（PoWeight）、重要性证明（PoI）、租赁权益证明（LPoS） ）、容量证明（PoC）和燃烧证明（PoB）。它们不太普遍，但在为您的应用程序选择共识机制时仍然应该牢记它们。
此外，请记住，如果您的业务目标无法通过现有的共识机制实现，则可以创建自己的共识机制。
例如，有一种新的共识算法，称为道德证明 (PoE)™ 。它是由NuPay Technologies 和 PRISM 的创始人兼首席技术官Nathan Trudeau发明的。NuPay Technologies是一家区块链公司，拥有该正在申请专利的算法的独家使用权。
该算法基于所有节点都有平等机会创建下一个区块的原则；同时，他们不需要投入大量资金来成为节点。因此，所达成的共识更容易获得、更平等。
该公司正在使用这种共识算法来构建Helo 区块链，预计该区块链将具有强大的功能和环保性。
另一种相对较新的共识算法是加权随机性证明（PoWR） ，由 PixelPlex 为其自己的Echo 区块链生态系统开发。该机制基于拜占庭协议，从整个网络参与者中随机选择少量的区块验证者。
成为验证者的概率还取决于用户的代币余额。这里有趣的是，对于每个单独的区块，都会选择一个新的所谓的验证者委员会。只要至少 33% 的代币由诚实实体拥有，网络就保持安全。
选择错误的共识协议有哪些风险？
由于共识算法是区块链不可或缺的组成部分，选择错误的共识算法将导致严重后果。以下是一些风险：
- 表现不佳
错误选择的共识机制会对节点的工作以及整个网络和交易处理的速度产生负面影响。如果您计划吸引大量受众使用您的应用程序，则需要考虑能够为您提供高交易速度和可扩展性的算法。
- 系统错误
想象一下，您选择了一种不适合公共区块链的共识算法。您成功启动了一个应用程序，吸引了大量用户到您的平台 - 然后发现没有足够的节点来维护网络，或者他们验证交易的方式不是非常有效和安全。一旦节点停止工作或出现一些严重问题，整个网络就会崩溃。
- 区块链分叉
区块链分叉可能会导致问题，除非分叉是故意创建的以实施新的共识规则。
当分叉出现时，网络中的矿工和节点会减少，从而导致漏洞。当一群攻击者控制了超过 50% 的计算能力时，他们就会成功干扰网络。系统丢失的节点越多，黑客获得网络额外权力的机会就越大。
哪种共识算法适合您的应用程序？
在为您的特定情况选择最佳共识算法时，请考虑以下问题：
1. 您打算推出公共应用程序还是企业应用程序？
如果您计划为广泛的受众创建应用程序，则可以考虑实施 PoW、PoS、DPoS 或 PoH。这些算法意味着任何人都可以参与区块验证，只要满足网络的要求（例如拥有必要的硬件或押注特定数量的代币）。
尽管权威证明也适合公共区块链，但这种机制更适合私人、企业规模的应用程序。
2. 可持续发展是您最关心的问题吗？
如果您的公司正在寻求创建一种环保的解决方案，那么基于工作量证明的区块链绝对不是最佳选择，因为它是能源密集型的。
相反，您可以考虑 PoS 或 DPoS 选项。 PoS 机制比 PoW 环保 2,000 倍，基于 DPoS 的区块链能源效率比 PoW 高 125,000 倍。 PoA 也可能是一个不错的选择。
3. 您是否希望您的应用程序能够处理大量用户并每秒处理数千笔交易？
如果答案是肯定的，那么你应该考虑使用 PoS、DPoS 或 PoH。目前，基于 PoS 的区块链最高可达 4,500 tps，DPoS 可达 8,000 tps 以上，PoH 可达 65,000 tps。评估您的应用程序需要处理多少事务并做出决定。
4. 您是否需要您的应用程序完全去中心化，还是会考虑有限的去中心化？
PoW和PoS算法提供完全的去中心化和较高的网络安全性，而DPoS比这两者更加中心化。至于PoA，它的去中心化程度有限，因为它需要少量的节点来验证交易和维护系统。说到PoH协议，这种共识的去中心化程度是区块链社区存在争议的问题。
5. 谁将充当区块验证者？
您认为谁是您未来应用程序的节点？如果这些是矿工，那么你应该回到 PoW 算法。如果你希望你的节点是普通用户，只需要质押币，不需要购买专门的硬件，那么 PoS 或 PoA 是合理的选择。