共识机制，可编程的利益转移规则

前言

前面的文章中，我们说过，加密货币都是去中心化的，去中心化的基础就是P2P节点众多，那么如何吸引用户加入网络成为节点，有那些激励机制？同时，开发的重点是让多个节点维护一个数据库，那么如何决定哪个节点写入？何时写入？一旦写入，又怎么保证不被其他的节点更改（不可逆）？回答这些问题的答案，就是共识机制。

共识机制，可编程的利益转移规则。这个题目写出来，就有点激动，编程开发这么多年，我们尝试过很多方法，试图通过某种激励手段提高用户粘性，把用户留住。比如常见的积分机制、用户等级等，但是，没有任何一种方式，能与加密货币的共识机制相提并论。每一个区块链产品，本身就是一个小小的社会，一个由网络节点组成的自适应组织，这个组织的运行，要由共识机制来规范。

本文回答了“为什么加密货币无需监管”，主要内容包括机制的作用，加密货币共识机制的种类，它们各自的优缺点，以及亿书的改进计划。

机制，左右产品走向的根源

机制一词，原指机器的构造和动作原理，在社会学中的内涵可以表述为“协调各个部分之间关系以更好地发挥作用的具体运行方式。”

工作中遇到过一位好领导，他非常公道正派，一切事情按规矩办事，用制度说话。在他的领导下，整个部门都很有激情，心无旁骛，专心工作，上级领导也非常认可，升职加薪是常有的事情，人人都能收获满满。后来，因工作调整，我们很多人去了新部门，大家反映，再也没了当初的激情，因为工作不一定被认可，付出不一定有收获。

这个例子，可能很多人都遇到过，是最能直接体会一个社会、组织或部门当中机制运行规律的。在任何一个系统中，机制都起着基础性作用，左右着系统发展走向。在理想状态下，有了良好的机制，可以使一个社会系统接近于一个自适应系统（在外部条件发生不确定变化时，能自动地迅速作出正确反应）。正常的生物机体(如人体)就具有这种机制和能力。

机制的构建是一项复杂的系统工程。对于加密货币而言，共识机制包含各种激励制度和具体算法，比如：交易费用、区块奖励等。机制的关键因素是人，评判一个机制的好坏，往往要通过一段时间的观察，看看人参与和执行的积极性是否能够持续。如果不能持续，就预示着机制已经失败，系统或产品也将消亡。

实际上，加密货币的目标就是要建立一个“无需监管的自适应经济系统”。目前来看，支撑这个自适应经济系统的机制，常用的有三种，它们是：PoW，PoS，DPoS等，而且都能在现实生活中找到对应的经济模型。这些机制，吸引人们参与其中，组成安全网络，并有序运行。但是，长期来看，它们各有优缺点，都存在失败的可能。

下面我们看看这些机制的演进过程。

1.PoW(Proof of Work)：工作量证明机制

基本原理

这是比特币采用的共识机制，也是最早的。理解起来，很简单，就是“按劳取酬”，你付出多少劳动（工作），就会获得多少报酬（比特币等加密货币）。在网络世界里，这里的劳动就是你为网络提供的计算服务（算力x时长），提供这种服务的过程就是“挖矿”。

那么“报酬”怎么分配呢？假如是真的矿藏，显然在均匀分布的前提下，人们“挖矿”所得的比重与各自提供的算力成正比，通俗一点就是，能力越强获得越多。

优点

机制本身当然很复杂，有很多细节，比如：挖矿难度自动调整、区块奖励逐步减半等，这些因素都是基于经济学原理，能吸引和鼓励更多人参与。

理想状态，这种机制，可以吸引很多用户参与其中，特别是越先参与的获得越多，会促使加密货币的初始阶段发展迅速，节点网络迅速扩大。在Cpu挖矿的时代，比特币吸引了很多人参与“挖矿”，就是很好的证明。

通过“挖矿”的方式发行新币，把比特币分散给个人，实现了相对公平（比起那些不用挖矿，直接IPO的币要公平的多）。

缺点

一是，算力是计算机硬件（Cpu、Gpu等）提供的，要耗费电力，是对能源的直接消耗，与人类追求节能、清洁、环保的理念相悖。不过，如果非要给“加密货币”找寻“货币价值”的意义，那么这个方面，应该是最有力的证据。

二是，这种机制发展到今天，算力的提供已经不再是单纯的CPU了，而是逐步发展到GPU、FPGA，乃至ASIC矿机。用户也从个人挖矿发展到大的矿池、矿场，算力集中越来越明显。这与去中心化的方向背道而驰，渐行渐远，网络的安全逐渐受到威胁。有证据证明Ghash（一个矿池）就曾经对赌博网站实施了双花攻击（简单的说就是一笔钱花两次）。

三是，比特币区块奖励每４年将减半，当挖矿的成本高于挖矿收益时，人们挖矿的积极性降低，会有大量算力减少，比特币网络的安全性进一步堪忧。

2.PoS(Proof of Stake):股权证明机制。

基本原理

这是点点币（PPC）的创新。没有挖矿过程，在创世区块内写明了股权分配比例，之后通过转让、交易的方式（通常就是IPO），逐渐分散到用户手里，并通过“利息”的方式新增货币，实现对节点的奖励。

简单来说，就是一个根据用户持有货币的多少和时间（币龄），发放利息的一个制度。现实中最典型的例子就是股票，或者是银行存款。如果用户想获得更多的货币，那么就打开客户端，让它保持在线，就能通过获得“利息”获益，同时保证网络的安全。

优点

一是节能。不用挖矿，不需要大量耗费电力和能源。

二是更去中心化。首先说，去中心化是相对的。相对于比特币等PoW类型的加密货币，PoS机制的加密货币对计算机硬件基本上没有过高要求，人人可挖矿（获得利息），不用担心算力集中导致中心化的出现（单用户通过购买获得51%的货币量，成本更高），网络更加安全有保障。

三是避免紧缩。PoW机制的加密货币，因为用户丢失等各种原因，可能导致通货紧缩，但是PoS机制的加密货币按一定的年利率新增货币，可以有效避免紧缩出现，保持基本稳定。比特币之后，很多新币采用PoS机制，很多采用工作量证明机制的老币，也纷纷修改协议，“硬分叉”升级为PoS机制。

缺点

纯PoS机制的加密货币，只能通过IPO的方式发行，这就导致“少数人”（通常是开发者）获得大量成本极低的加密货币，在利益面前，很难保证他们不会大量抛售。因此，PoS机制的加密货币，信用基础不够牢固。为解决这个问题，很多采用PoW+PoS的双重机制，通过PoW挖矿发行加密货币，使用PoS维护网络稳定。或者采用DPoS机制，通过社区选举的方式，增强信任。

3.DPoS（Delegated Proof of Stake）：授权股权证明机制

基本原理

这是比特股（BTS）最先引入的。比特股首次提出了去中心化自治公司(DACs)的理念。比特股的目的就是用于发布DACs。这些无人控制的公司发行股份，产生利润，并将利润分配给股东。实现这一切不需要信任任何人，因为每件事都是被硬编码到软件中的。通俗点讲就是：比特股创造可以盈利的公司（股份制），股东持有这些公司的股份，公司为股东产生回报。无需挖矿。

对于PoS机制的加密货币，每个节点都可以创建区块，并按照个人的持股比例获得“利息”。DPoS是由被社区选举的可信帐户（受托人，得票数排行前101位）来创建区块。为了成为正式受托人，用户要去社区拉票，获得足够多用户的信任。用户根据自己持有的加密货币数量占总量的百分比来投票。DPoS机制类似于股份制公司，普通股民进不了董事会，要投票选举代表（受托人）代他们做决策。

这101个受托人可以理解为101个矿池，而这101个矿池彼此的权利是完全相等的。那些握着加密货币的用户可以随时通过投票更换这些代表（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机、或者试图利用手中的权力作恶，他们将会立刻被愤怒的选民门踢出整个系统，而后备代表可以随时顶上去。

优点

一是，能耗更低。DPoS机制将节点数量进一步减少到101个，在保证网络安全的前提下，整个网络的能耗进一步降低，网络运行成本最低。

二是，更加去中心化。目前，对于比特币而言，个人挖矿已经不现实了，比特币的算力都集中在几个大的矿池手里，每个矿池都是中心化的，就像DPoS的一个受托人，因此DPoS机制的加密货币更加去中心化。PoS机制的加密货币（比如未来币），要求用户开着客户端，事实上用户并不会天天开着电脑，因此真正的网络节点是由几个股东保持的，去中心化程度也不能与DPoS机制的加密货币相比。

三是，更快的确认速度。比如，亿书使用DPoS机制，每个块的时间为10秒，一笔交易（在得到6-10个确认后）大概1分钟，一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟。而比特币（PoW机制）产生一个区块需要10分钟，一笔交易完成（6个区块确认后）需要1个小时。点点币（PoS机制）确认一笔交易大概也需要1小时。

缺点

前几天，比特股的作者发表了一篇被广泛认为很傻的文章（见参考），预言DAO（去中心化组织）和DAC（去中心化公司）都将失败。文中披露了大量实践经验，基本算是DPoS的问题。概括起来，主要是：

一是投票的积极性并不高。绝大多数持股人（90％+）从未参与投票。这是因为投票需要时间、精力以及技能，而这恰恰是大多数投资者所缺乏的。

二是对于坏节点的处理存在诸多困难。社区选举不能及时有效的阻止一些破坏节点的出现，给网络造成安全隐患。

4.亿书对DPoS机制的改进

不过，也不可否认，DPoS机制仍是目前最安全环保、运转高效的共识机制。存在的问题，也是可以克服和解决的。针对DPoS的问题，亿书结合自己的特点，创新提出四点改进计划。

（1）熔断机制

增加反对投票功能，对于破坏节点的反对投票率达到一定数量，就会促发“熔断机制”，强制个别受托人节点降级，减少对网络的破坏可能性。

（2） 信用系统

亿书，鼓励知识分享，节点和用户之间会有频繁交互，用户对节点用户的反馈与好评，将是该节点信用积累的一部分。亿书将充分利用这些信用信息，帮助社区用户遴选优良节点。

（3） 扩大规模

101个受托人，仅仅是相对合理的经验数字。亿书，会进一步优化算法，提高网络遴选的性能，采取租赁、出售等方式，鼓励去中心化应用的开发者、出版商等第三方用户自建节点，从而更好的服务用户。

（4） 实名认证

匿名与安全是相对平衡的过程。亿书倡导提供公开、透明的服务，鼓励节点受托人实名认证，公开有关信息，接受大家监督，从而获得社区的广泛认可。对于长期表现良好的节点，亿书将给出名单列表，显示在用户帐号里。

总结

这篇文章介绍了目前大部分加密货币采用的共识机制（算法），并没有介绍瑞波币采用的瑞波共识机制，因为严格意义上来说，人们认为瑞波币不是去中心化的，同时瑞波机制除了它自己也没有发现被其他加密货币采用，所以不具备普遍性，这里就不再讨论。

实践证明，设计良好的自适应系统，必须有完善的机制作为支撑，并充分考虑人的因素。人类是复杂的，特别是人类的群体行为，更加不可预测，这些机制在最初都是设计良好，但是谁又能预料在不久的未来会出现其他的状况呢。中本聪可能也没有想到，比特币会走到今天这样。

这一篇到了设计与编码的临界点，接下来就到了不得不编码的地步了。让我们趁热打铁，通过阅读代码进一步学习研究这些奇妙的构想吧，请看下一篇：《Nodejs开发加密货币》之十六：DPoS机制的实现（源码解读）

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本源文地址： https://github.com/imfly/bitcoin-on-nodejs

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参考

为什么PoS与PoW不具有可比性

“去中心化的比特币：从自组织到专业化分工”读后感

Bitshares DPoS.

比特股创始人：The DAO 在走BTS的老路，或离死期已不远

机制解析