什么是区块链协议？区块链共识协议指南

已经有很多公共区块链试图改变世界，但要在全球范围内运作，共享公共账本需要可行、高效、安全的共识机制。

一种共识机制，即比特币的工作量证明，有两个功能：确保区块链中的下一个区块是唯一且真实的区块，以及保护系统免受分叉的影响。

在工作量证明机制中，矿工通过解决极其困难的密码难题相互竞争，将下一个区块（一系列交易）添加到区块链中。第一个解决难题的矿工将获得 12.5 个新铸造的比特币和少量交易费用。

虽然比特币的工作量证明机制本身具有开创性，但它并不完美。

常见的批评包括它需要大量的计算能力，不能很好地扩展（交易确认需要 10-60 分钟），并且大多数挖矿集中在世界上电力便宜的地区。

比特币的发明者中本聪让我们意识到了区块链的潜力，但这并不意味着我们不能探索更快、更去中心化、更节能的共识机制。

以下是一些常见的替代共识机制：

股权证明

在这种共识机制中，验证者不需要投入大量昂贵的算力来挖掘区块，而是需要系统的代币。

请注意“验证者”一词的使用。因为在权益证明机制中区块链硬分叉机制，不会创建新的硬币。相反，所有代币都在第一天出现，验证者（他们也成为股东，因为他们在系统中持有股份）只收取交易费用。

在权益证明系统中，创建下一个区块的机会取决于您拥有的系统币的比例。拥有 300 枚硬币的验证者验证区块的机会大约是拥有 100 枚硬币的验证者的 3 倍。

一旦验证者创建了一个块，该块仍然需要写入区块链。不同的权益证明系统会以不同的方式处理它。例如，在 Tendermint 中，系统中的所有节点都会停止广播活动，直到获得多数票区块链硬分叉机制，而在其他系统中，签名者是随机选择的。

现在的问题是：如何防止验证者创建两个区块并广播两组交易费用？以及如何防止验证者签署两个区块？这就是所谓的“无风险”问题。参与者进行破坏不会有任何损失。

在快速发展的加密经济学领域，区块链工程师一直在探索解决这个问题的方法。一种方法是要求验证者将他们的代币锁定在某种类型的虚拟器中。

如果验证者试图对系统进行双重签名或分叉，他们将被扣除。

Peercoin是第一个实施股权证明的，其次是blackcoin和NXT。以太坊现在是一种工作量证明机制，但计划在 2018 年初转向权益证明。

活动证明

为了避免恶性通货膨胀，比特币最终将只有 2,100 个硬币。这意味着，在某个时候，比特币区块奖励将停止，比特币矿工只会收到交易费。

有些人认为这会导致严重的问题，人们会自私自利，并且会破坏系统。因此，活动证明成为比特币的替代激励结构。活动证明是一种结合了工作量证明和权益证明的混合方法。

在活动证明中，采矿以传统的工作证明形式进行，矿工相互竞争以解决密码难题。挖矿产生的区块（它们更像模板）不包含任何交易，因此获胜的区块只包含区块头和矿工奖励地址。

此时，系统切换到权益证明。根据头信息，随机选择一个验证者来签署新块。验证者在系统中拥有的令牌越多，被选中的可能性就越大。只要所有验证者都签名，模板就会成为一个成熟的块。

如果某些选定的验证者没有完成该块，则选择下一个获胜块，然后是一组新的验证者，依此类推，直到该块获得正确数量的签名。交易费用分配给所有签名区块的矿工和验证者。

活动证明的缺点是它既有工作证明的缺点（需要大量的能量来挖掘块），也有权益证明的缺点（无法检测到双重签名验证者）。

Decred 是目前唯一使用活动证明的代币。

烧伤证明

在 Proof of Destruction 中，不需要昂贵的计算设备，但是通过将硬币发送到某个地址来销毁它们，这是不可逆的。通过将您的硬币发送到一个虚构的地址，您将根据随机选择过程获得系统中的永久采矿权。

根据燃烧证明的实施方式，矿工可能会销毁原生代币或来自其他链的代币，例如比特币。你燃烧的硬币越多，你挖掘下一个区块链的机会就越大。

随着时间的推移，你在系统中的股份会减少，所以最终你会燃烧更多的硬币来增加你挖掘区块的概率。（这有点类似于比特币的挖矿过程，需要不断投资更先进的算力设备来维持算力。）

虽然燃烧被证明是一种有趣的选择，但它仍然需要浪费能源。另一个问题是，哈希算力流向了那些愿意烧掉更多资金的人。

能力证明

如上所述，绝大多数替代协议使用某种类型的付费参与模式。容量证明也不例外，但您需要为硬盘空间付费。您拥有的硬盘容量越多，您就越有可能挖掘下一个区块并获得区块奖励。

在容量证明系统中进行挖掘之前，该机制会生成大量“绘图”数据，这些数据将存储在您的硬件上。你拥有的地块越多，你就越有可能找到下一个区块。

通过投入大量硬盘空间，您可以创建复制块并分叉系统。因此，仍然存在识别任何风险的问题。

容量证明的变体是存储证明和空间证明。

经过时间的证明

芯片制造商英特尔发布了自己的共识协议运行时证明。该系统的工作原理类似于工作量证明系统，但能耗非常低。

此外，该机制不必解决密码难题，而是使用可信执行环境 (TEE) - 例如 SGX - 来确保以随机方式生成块，但不费力。

英特尔的方法基于 TEE 提供的保证延迟。据英特尔称，该机制可以扩展到数千个节点，并且可以在任何支持 SGX 的英特尔处理器上高效运行。

这个协议的一个问题是它要求你信任英特尔——如果你要信任第三方，我们不是又要远离公共区块链了吗？