POS采矿算法、DPoS、PBFT创新共识层出不穷，PoW过时了吗？

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POS采矿算法、DPoS、PBFT创新共识层出不穷，PoW过时了吗？今天充满了各种创新共识(PoS，DPoS，PBFT)PoW是区块链世界过时的吗？PoW的未来是什么？基于Pow做一些共识优化和创新工作吗？在我们看来，PoW仍然是其他共识的核心或基础，具有不可替代的地位。为什么这么说？我们试图透视这些共识之间的联系。

分布式共识

回顾历史，中本聪的Pow并没有继续研究分布式共识，他不知道他给出的一套解决方案是否与学术主题相对应，但后来，我们认为中本聪的Pow是拜占庭环境分布式共识的解决方案，我们有一个学术视角，可以将Pow研究问题与分布式共识的学术研究联系起来。

说到分布式共识，不得不说"FLP是不可能的"定理：在网络可靠但允许节点失效（即使只有一个）的最小异步模型系统中，没有一个确定的共识算法可以解决一致性问题。提出并证明定理的论文《Impossibility of Distributed Consensus with One Faulty Process》是由 Fischer，Lynch 和 Patterson 1985年发表了三位科学家。这个定理给我们的启示是，我们目前项目中可行的分布式共识必须在某些方面妥协。

事实上，确实有两个妥协的方向，一个是异步妥协，另一个是确定性妥协。

所谓异步妥协，就是设置超时机制，认为消息不会无限延迟。DLS算法(部分同步存在下的共识)和PBFT算法(实用拜占庭容错)都是这个方向的方案。此外，DLS论文揭示了拜占庭环境中异步共识的两个目标：安全（一致性）和活动（可用性），这两个方案是活动同步假设，而不是安全同步假设，即如果真实环境不满足同步假设，只会导致可用性问题，不会导致一致性问题。这就是为什么我们常说PBFT是一个一致性优先于可用性的共识算法。

所谓妥协确定性，就是中本聪引入的新世界，确定性是概率。在这个方向上，通过工作量证明、区块奖励和平等网络共同构建了概率安全共识方案。在地图上，中本聪共识似乎只是共识研究人员定义的异步拜占庭共识问题的妥协方案之一，但概率确定性的引入不仅解决了传统的异步拜占庭问题，而且解决了一个更大的问题：任何数量的节点都可以以开放的方式参与系统，任何参与者都不需要知道完整的参与者集。这是一个伟大的环境，这是公共链系统真正面临的环境。在实践中，妥协确定性的中本聪共识取得了巨大成功。

事实上，创新的公共链共识机制无非是这两个妥协方向。以下是一些代表。

妥协分析的不同共识

PoS

Pos本质上是PoW，是对确定性的妥协。Staking可以看作是参与的准入门槛。通过提高门槛，参与者集的规模降低了。较小的参与者集有两个优点：1. 降低整个系统的总工作量和能耗；2. 异步通信网络规模较小，延迟导致分区的可能性较小，可设置较小的出块间隔。这就是为什么Pos说他的TPS更高更节能。

DPoS PBFT

DPoS PBFT本质上是PBFT，是对异步的妥协。DPOS的目的是在开放的公共链参与者中选择一个可以应用PBFT算法的参与者集合，满足三个条件：1. 规模足够小，否则通信量巨大；2. 确定集合总数，这是PBFT可以解决的异步共识问题；3. 恶意参与者的数量(拜占庭节点)小于1/3。Staking机制在其中起着两个作用：1. 作为门槛筛选用户；2. 降低恶意节点的比例作为激励机制。

Tetris

Tetris是YeeCo首创的基于知识推理的共识算法。它本质上是BFT和异步妥协。Tetris本身就是解决标准拜占庭问题的一种解决方案，重点是它的高性能和安全性。它的BFT参与者是通过可插拔的上层协议选择的，PoW，DPoS，VRF等都可以。

Algorand

Algorand本质上是BFT，是对异步的妥协。Algorand选择可以应用BFT算法的参与者集合的方式非常特殊和巧妙。它使用VRF（可验证随机函数），类似于每个参与者都有自己的彩票设备。您可以知道您是否被选中，而无需与其他参与者沟通。它看起来很节能，但有几个问题需要解决：1. 由于创建一个可以参与网络的私钥的成本很低，因此需要为参与者设置门槛，事实上，Algorand根据参与者的余额给予权重；2. 彩票需要设定中奖率，需要知道参与者的总数，这本身就是一个共识问题。Algorand通过在线奖励节点，努力实现在线余额等于系统总余额，从而反映参与者的数量。实际上，这是一个要求整个网络在线和诚实的余额>拜占庭容错系统2/3。

DAG

DAG(有向无环图)，无论是以交易为顶点的IOTA，还是以块为顶点的Conflux，还是在Pow上工作，都是对确定性的妥协。如果之前的共识是避免分叉，那么DAG应该将分叉控制在一定程度上，以改善系统的TPS。DAG的本质是工作量，但最长链原则已经改为最困难的结构原则。

PoW是内核或基础

总结下共识模型，如下图所示：

事实上，共识机制的不同之处在于"开放的网络参与者聚集"到"共识"不同的路径。例如，直接从"开放的网络参与者聚集"到"共识"，那就是PoW;先到"开放会计参与者聚集在一起"再到"共识"，就是PoS;先到"封闭的会计参与者聚集在一起"再到"共识"，那就是X BFT，X要看到"封闭的会计参与者聚集在一起"DPOS或VRF可以采用什么工具？

可以看出，这么多共识算法并没有发明太多的新东西，只要是从一个开始的"开放参与者聚集"(节点自由进出)只能采用这种模式:节点被激励在概率确定性共识结果的基础上继续建立共识结果，即中本聪共识。

PoW对当前创新的共识有两个意义:

如果共识涉及到从一个"开放参与者聚集"(节点自由进出)形成共识，本质上是中本聪的共识，这就是前面提到的"PoW仍然是其他共识的核心或基础"中的"内核";

假如共识涉及到手"开放参与者聚集"变成"集合封闭参与者"，Staking机制还是需要的。Staking的价值共识从何而来？还是从PoW链传递。这就是我前面说的"PoW仍然是其他共识的核心或基础"中的"基础";

Pow的本质优势

Pow支持者给了Pow很多定性优势，比如自然、可信、纯粹。至于能耗，有人认为这是Pow的缺点，也有人认为成本是安全的基石。

以下是我眼中PoW的本质优势：

共识开放的极致

Pow是为开放的参与者集合而设计的。这种开放性（参与者集合的不稳定性）总是挑战共识的实现。无论是最早的冷启动，还是矿池，ASIC矿机，货币价格都在波动，难度也在波动。

PoW采用了解决开放性问题的极其简单的机制。Pow不需要在任何场景、任何阶段进行任何补丁和治理，它总是依靠其核心机制来驱动整个系统运行，并经受住时间的考验。在我们的概念中，有些系统掌握了本质，巧妙而简单，适应性强，而有些系统充满了补偿机制，随着环境的变化而不断变化，Pow是前者的优秀代表。

Pow是Permissionless系统的底部测量。任何时候，计算能力都可以进入，与现有的计算能力在同一起跑线上竞争。Staking投资和计算能力投资看起来很相似，但在游戏环境中，起点参数的差异会导致完全不同的模式。如果说区块链系统很容易陷入困境"马太效应"对于系统来说，Pow的外部实体计算能力投资是抵御这种效应的重要参数。一方面，滞后的调整机制增加了系统进入稳态的难度；另一方面，与Staking相比，外部实体计算能力具有更好的独立性。Pow共识优势对业务优势的积极反馈是单向的，Staking中共识优势对业务优势的积极反馈是双向的。

极端的共识安全

共识中经常提到的安全问题，如51%攻击和超过三分之一的拜占庭节点，都在共识规则下，区块链系统最终是一个在物理网络上运行的系统。与共识规则下的邪恶相比，物理网络层面的攻击是对区块链系统的降维攻击。

存粹的Pow认为节点的权重不应该是虚拟资源(Staking)这个决定应该由实体资源(计算能力)来决定。

前者很容易陷入虚拟资源的持续投资，但网络节点规模的增长没有足够的驱动力，即系统的经济规模与其抵御网络威胁的能力不匹配，也没有促进匹配的内生机制。

后者的资源投资本质上与网络话语权的投资相对应。最初的计算能力投资是运行更多节点的投资。后来，出现了专业的采矿机械和采矿池，计算能力与节点不完全匹配。然而，由于投资计算能力的人已经投资，他们将采取措施获得相应的网络话语权，系统的经济规模与其抵御网络威胁的能力相匹配。节点权重考虑的虚拟资源越多，节点在系统中的话语权与物理网络中的话语权之间的差异就越大。节点在系统中的话语权与物理网络中的话语权一致。Pow的安全性体现在这里，物理网络环境是成本支撑安全的根源。

"共识开放性"和"共识安全性"他们看起来眼熟吗？他们就是这样吗？"三角形不可能是区块链"(即不能同时实现可扩展性(Scalability)、去中心化(Decentralization)、安全(Security)，三个只能得到第二个)中的两个角。

PoW的本质优势是真正提供了一套高度分散、高度安全的共识机制。可扩展性是PoW共识需要发展和创新的方向。