BigBang混合共识机制的优势

从POW到混合共识

区块链从2009年发展至今，已经演变出多种共识机制。关于算法的共识之争持续演进着，拥有诸多后发优势的“新共识算法”虽然都在解决着之前共识算法中存在的一些问题，但同时也暴露出另一些问题，没有一个共识算法是包治百病的灵丹妙药。

共识算法的演进过程

目前，大部分的区块链共识都来自“BFT家族”、“Proof of X家族”，又或者是两大家族之间的结合。

在区块链领域，虽然我们最常听到的是POW或者POS，但是BFT（拜占庭容错共识）绝对是分布式计算领域发展较早的共识机制，但是由于本身的扩展性差等问题，应用场景有限。在区块链诞生后，BFT类共识也随之复兴，主要应用于许可链内，也可在修改后应用于公链，比如很多后期发展出的DBFT、PBFT。现在Libra采用的LibraBFT共识也是基于新型的BFT共识HotStuff。

Proof of X是目前公链领域内应用较多的一类共识。其中PoW 最早被应用，但存在资源浪费、算力集中、缺少终局性以及性能低下等。

PoS是目前有力竞争者，可避免资源浪费、弱化了中心矿池需求、降低51%攻击可能性，但也同时存在确定记账节点数量困难、存在非预期的中心化问题、Nothing at Stake等问题。

为了解决以上弊端，当前也诞生了许多混合类共识，希望既融合两者的优势，又能规避某些弊端，包括 PoW+PoS、DPoS+BFT等。所以混合共识机制可能会是公链后期发展的一个出路。

在一个公链项目的早期阶段，如果使用 PoS系列协议会则会带来很多问题，而这些问题在 PoW 协议下是可以避免。去使用 PoW 协议启动主网的区块链则可以实现分散的共识，从而避免这些问题。当 PoW 公链经过一段时间的发展，股权分布相对分散以后，可以选择“ PoS+ ”共识机制。

二， PoW共识算法

PoW（Proof of Work）即工作量证明，根据矿工的工作量对数字货币进行分配，矿机的性能越高，数量越多，工作量越大，得到的数字货币就会越多。

BTC是采用PoW方案最典型的例子。它通过挖掘过程包括解决一个数学问题，矿工通过这种技术手段完成了PoW，就获得了记账权。因为它需要计算力的资源，成功的矿工会得到BTC作为奖励。

为了控制货币基础，挖矿被设置成了更加复杂的模式。因为每个矿工解决问题的可能性依赖于他的算力，挖矿的难度由系统中所有算力的总和来决定。对于PoW机制的加密货币，矿工是通过竞争解决数学问题来确认和固定转账。第一个解决问题的矿工得到奖励。该问题的复杂是刻意制造的，用来控制货币基础。

这个处理过程被一些人认为是天才之举，很好的解决了拜占庭将军问题。但是被另外一些人批评没有效率因为白白损失了资源。同时，单一的PoW机制也面临着51%算力攻击等安全性问题。

随着BTC的发展与区块链的行业发展，PoW机制的缺点也暴露了出来。持币者无法参与任何决策，话语权集中在矿工的手中，这与去中心化的理念背道而驰，决策权集中在少数矿工手中。

同时，PoW面临着参与成本高的问题。一个新参与数字货币的投资者，很少会有精力对矿机等进行管理与布局，这样大多数用户与持币者无法参与到决策中去，使得权力过于集中。比如比特大陆就是一个例子，它的算力已经可以暗箱操控全网了。

以下就分别讨论PoW算法的几大突出问题。

资源浪费

PoW 共识过程高度依赖区块链网络节点贡献的算力，这些算力主要用于解决 SHA256 哈希和随机数搜索，实际上并不产生任何有效际的社会价值。随着加密数字货币的日益普及和专业挖矿设备的出现，加密数字货币生态圈已经在资本和设备方面呈现出明显的“军备竞赛”态势，逐渐成为高能耗的资本密集型行业，进一步凸显了资源消耗问题。根据一些国外网站的数据显示，如果把比特币加以太坊看做一个国家，其挖矿消耗的总电量已经超过阿尔及利亚、以色列和希腊等国家，在全球排名第 45 位。

单看以太坊，其挖矿消耗的总电量超过马其顿、洪都拉斯和安哥拉等国家，每年耗电约 8.63 万亿瓦时，占全世界用电量的 0.04% 。

算力集中

中本聪设计 PoW 共识机制的前提是算力和计算节点的均匀分布。但随着比特币数量减少，对算力的要求则越高，人们开始通过联合挖矿加速比特币的获取，从而催生了矿池挖矿的新玩法。矿池的出现，一定程度上破坏了比特币等加密数字货币体系的平衡，马太效应逐渐显现。

根据btc.com数据显示，过去一年矿池算力份额排名前五位的 BTC.com、AntPool、SlushPool、ViaBTC 和 BTC.TOP，占据比特币总算力份额的数据是 64.6% 。理论上来看，这五大矿池联手，确实具备了发起 51% 算力攻击的能力。虽然实际上，这些矿池为掌握全网 51% 算力所需的成本投入远超成功实施攻击后的收益，但 51%攻击的安全性威胁始终存在，引发人们对算力集中的担忧。

业务处理性能低下

也就是，换句话说，就是基于PoW的共识，TPS一般比较低下。PoW 共识算法虽然投入了大量的能源支持系统的运行，但这些能源消耗绝大部份是用于工作量证明中的哈希运算，区块链网络处理交易业务（TPS）的性能则非常低，比如比特币每秒只能进行大约 1 * 1024 * 1024 / 250 / (10 * 60 ) = 6.99 笔交易。

三，DPoS共识算法

DPoS是基于PoW及PoS的基础上，出现的一种新型的保障数字货币网络安全的共识算法。它既能解决PoW在挖矿过程中产生的大量能源过耗的问题，也能避免PoS权益分配下可能产生的“信任天平”偏颇的问题。那么，DPoS就能顺理成章成为共识机制3.0脱颖而出的代表性共识机制。

DPoS它能够让用户广泛参与到挖矿中来 ，指的是让每一个持币者都可以进行投票，由此产生一定数量的代表 ,或者理解为一定数量的节点或矿池，他们彼此之间的权利是完全相等的。持币者可以随时通过投票更换这些代表，以维系链上系统的“长久纯洁性”。

我们可以以我国的人大代表制度来理解DPoS共识制度的涵义。当被选出来的人大代表不能再履行人民赋予他们的职责之时（当然，在区块链系统中，指的是他们无法维系整个网络的运行过程），他们将会被除名，而网络将会重新选出新的代表来代替他们的位置。

DPoS的优势就在于能将维系网络运行的能源消耗降到最低，以一种低成本的方式来管理整个链上的运行，这就很大程度上解决了PoW的能源耗损问题。同时，更加“去中心化”的管理方式，将区块链网络运行的决定权分散到全网的各个节点手中，这就很大程度上避免了PoS容易出现的被庄家操纵的“控股”现象。DPoS共识机制的出现，将通过实施区块链上的“民主”来对抗“中心化”所产生的负面效应，用被公选的“弱中心化”的方式来提高全网运维的效率。

四，PoW + DPoS混合共识机制

PoW+DPoS的混合共识机制，DPoS能够将受众群体最大化。参考EOS的超级节点，首先在真金白银的收益上。按EOS白皮书的说法，EOS每年会增发代币的1%给维持节点的人。EOS总量是10亿，1%也就是1000万个EOS；就按40RMB单价来算，一共是4个亿，再分给21个节点，每个节点每年仍有接近2000万的收益。别忘了，以上是按40RMB估算的价格，未来EOS能上涨多少还不能确切估计，一旦价格起飞，那么这些超级节点们在未来的收益是不可估量的。

其次在区块链的世界地位上。成为了EOS超级节点，也就成了EOS网络的“一级代理商”，拥有EOS生态的投票权与话语权。

这样的好处是DPoS的机制带来的效益。并且在网络不稳定的情况下，PoW机制还能在网络运行的前期弥补不足。PoW + DPoS的混合机制很好的达到了两种共识算法的互补。类似与PoW + PoS的混合共识机制。

BTC的矿工相对于整个BTC的参与群体中在数量上只占了一小部分，其余大部分为BTC投资客和用户，对BTC的发展与稳定起不到积极作用。

该混合共识机制的创新性就是让持有token的用户与矿工均可以参与到投票中，共同参与社区的重大决定，共识结果被广泛认可，无需开发者干预，而这才是真正相对的去中心化。

采用该混合共识方案的区块链的社区才能较好的达到以下目标：

·参与性（participative）

·协作性（collaborative）

·合作性（cooperative）

·分布式（distributed）

·去中心化的（decentralized）

自治的（autonomous）

这6个特性的的高效社区，以混合机制来实现广义上的去中心化自治组织（Decentralized Autonomous Organization）的高效运行。该混合机制使得数字货币的持有者可以直接参与项目的重大决策，而不需要购买昂贵的矿机。

总的来是，通过PoW，使得BigBang有挖矿的硬性成本作为币价的保证。矿工是几乎不会低于成本价出售token的，而随着算力的提高，不断上涨的挖矿成本也会使币价处于稳定向上的状态，又制约了单独DPoS机制里token过于集中的问题。

另一方面，DPoS让中小投资者着眼于项目的中长期的发展，中小户更倾向于把币放在钱包里进行DPoS而不是放在交易所随时准备交易。使得BingBang生态更加健康，人们会将注意力更多的放在BigBang等IoT数据上链的技术与落地应用上，而不是仅仅关注短期的价格波动。

因此PoW矿工和DPoS矿工都能参与系统共识并发挥重要作用。

五，PoW+PoST+PoRep型矿场

目前几乎所有的矿机都在浪费资源，不仅仅是PoW消耗电力，连PoST/PoRep共识下的存储型矿场都是闲置的，闲置CPU/带宽/内存/存储能力，因为单纯的PoW本身就有大量消耗资源的设计缺陷，而PoST/PoRep又因为没有落地应用场景导致没有数据可被存储，在不同共识下产生的矿场都存在着致命设计缺陷。

在BigBang团队研发的物联网公链中，将三种共识同时引入解决上述问题，PoW可以让矿机通过FPGA等硬件加速方式进行加速Solo而让Token分布更加分散，而后期的CPU与FPGA可以为数据分发、索引、挑战验证进行服务与加速，而且矿机在DPoS大规模运行后进行PoW的计算也有一定概率为主网出块获得奖励，同时也可以防止因DPoS节点集体罢工而导致区块网络整体瘫痪；矿机本身的存储能力与带宽则可以为IoT方向产生的海量数据提供数据存储能力，且所有矿机都可以通过数据存储、数据分发、数据索引、挑战验证等方式获得Token激励。

因此，PoW+PoST+PoRep共识的结合是恰到好处的混合共识组合，无需浪费资源。

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编译者/作者：谭币

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