Paxos算法、Raft算法、拜占庭、PBFT 算法、POW算法 、PoS、DPoS学习

Paxos共识算法

Paxos共识算法,在工程角度实现了一种最大化保障分布式系统一致性(存在极小的概率无法实现一致)的机制。

Raft算法

Raft算法Raft算法包括三种角色:Leader(领导者)、Candidate(候选领导者)和Follower(跟随者),决策前通过选举一个全局的leader来简化后续的决策过程。Raft算法面向对多个决策达成一致的问题,分解了Leader选举、日志复制和安全方面的考虑,并通过约束减少了不确定性的状态空间。

拜占庭算法

拜占庭问题(Byzantine Problem)更为广泛,讨论的是允许存在少数节点作恶(消息可能被伪造)场景下的一致性达成问题。拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerant,BFT)算法讨论的是在拜占庭情况下对系统如何达成共识。

PBFT(实用拜占庭容错)作为经典分布式算法共识算法

(consensus plugin)是区块链技术中最核心的部件之一,PBFT(实用拜占庭容错)作为经典分布式算法,被很多区块链采用,布萌也是采用了这一共识算法。

POW:Proof of Work,工作证明。

比特币在Block的生成过程中使用了POW机制,一个符合要求的Block Hash由N个前导零构成,零的个数取决于网络的难度值。要得到合理的Block Hash需要经过大量尝试计算,计算时间取决于机器的哈希运算速度。当某个节点提供出一个合理的Block Hash值,说明该节点确实经过了大量的尝试计算,当然,并不能得出计算次数的绝对值,因为寻找合理hash是一个概率事件。当节点拥有占全网n%的算力时,该节点即有n/100的概率找到Block Hash。

POS:Proof of Stake,股权证明。

POS:也称股权证明,类似于财产储存在银行,这种模式会根据你持有数字货币的量和时间,分配给你相应的利息。 简单来说,就是一个根据你持有货币的量和时间,给你发利息的一个制度,在股权证明POS模式下,有一个名词叫币龄,每个币每天产生1币龄,比如你持有100个币,总共持有了30天,那么,此时你的币龄就为3000,这个时候,如果你发现了一个POS区块,你的币龄就会被清空为0。你每被清空365币龄,你将会从区块中获得0.05个币的利息(假定利息可理解为年利率5%),那么在这个案例中,利息 = 3000 * 5% / 365 = 0.41个币,这下就很有意思了,持币有利息。

DPOS:Delegated Proof of Stake,委任权益证明

比特股的DPoS机制,中文名叫做股份授权证明机制(又称受托人机制),它的原理是让每一个持有比特股的人进行投票,由此产生101位代表 , 我们可以将其理解为101个超级节点或者矿池,而这101个超级节点彼此的权利是完全相等的。从某种角度来看,DPOS有点像是议会制度或人民代表大会制度。如果代表不能履行他们的职责(当轮到他们时,没能生成区块),他们会被除名,网络会选出新的超级节点来取代他们。DPOS的出现最主要还是因为矿机的产生,大量的算力在不了解也不关心比特币的人身上,类似演唱会的黄牛,大量囤票而丝毫不关心演唱会的内容。

PBFT:Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法。见前文拜占庭容错算法介绍。                            PBFT是一种状态机副本复制算法,即服务作为状态机进行建模,状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态,同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示,使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便,假设|R|=3f+1,这里f是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3f+1个副本,但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

以上主要是目前主流的共识算法。                                                                                                                                   从时间上来看,这个顺序也是按该共识算法从诞生到热门的顺序来定。 对于POW,直接让比特币成为了现实,并投入使用。而POS的存在主要是从经济学上的考虑和创新。而最终由于专业矿工和矿机的存在,让社区对这个标榜去中心化的算法有了实质性的中心化担忧,即传闻60%~70%的算力集中在中国。因此后来又出现DPOS,这种不需要消耗太多额外的算力来进行矿池产出物的分配权益方式。但要说能起到替代作用,DPOS来单独替代POW,POS或者POW+POS也不太可能,毕竟存在即合理。每种算法都在特定的时间段中有各自的考虑和意义,无论是技术上,还是业务上。

如果跳出技术者的角度,更多结合政治与经济的思考方式在里面,或许还会跳出更多的共识算法,如结合类似PPP概念的共识方式,不仅能达到对恶意者的惩罚性质,还能达到最高效节约算力的目的也说不定。至于说算法的选择,这里引用万达季总的这一段话作为结束:一言以蔽之,共识最好的设计是模块化,例如Notary,共识算法的选择与应用场景高度相关,可信环境使用paxos 或者raft,带许可的联盟可使用pbft ,非许可链可以是pow,pos,ripple共识等,根据对手方信任度分级,自由选择共识机制,这样才是真的最优。

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