什么是比特币共识机制？比特币共识机制原理

众所周知，比特币是“挖”出来的，是用“矿工”挖出来的，而比特币使用一种叫做“工作量证明”的比特币共识机制来决定谁来记账。说到这里，有新人会问，比特币共识机制是什么？比特币共识机制的原理是什么？接下来币圈小编为大家一一解答。

比特币共识机制的定义

由于大多数加密货币采用去中心化的区块链设计，节点分散且处处平行，因此必须设计一个系统来维护系统的运行秩序和公平性，统一区块链的版本，奖励提供资源的用户维护区块链，惩治恶意伤害者。

这样的系统必须依靠某种方式来证明谁获得了区块链的打包权（或记账权），并且可以通过打包这个区块获得奖励；或者谁有意作恶，谁就会受到一定的惩罚。这就是共识机制。

比特币共识机制原理：

比特币共识机制有很多种。工作量证明系统的主要特点是客户端必须做一些困难的工作才能得到结果，验证者可以通过结果轻松检查客户端是否完成了相应的工作。该方案的一个核心特征是不对称：对请求者来说工作量适中，对验证者来说易于验证。它与验证码不同，验证码很容易由人而不是计算机来解决。下图展示了工作量证明流程

例如，给一个基本的角色创建“hello, world!”，我们给出的工作量要求是我们可以在这个角色创建之后添加一个称为nonce（随机数）的整数值，并在该角色上执行SHA-256更改（添加nonce）字符创建操作，如果得到的结果（十六进制形式）以“0000”开头，则验证通过。为了实现这种工作量证明的目标，需要不断增加随机数值并对获得的字符创建进行 SHA-256 哈希运算。根据这个规则，需要 4251 次操作才能找到一个前导 4 个 0 的哈希。

“你好，世界！0”=>1312af178c253f84028d480a6adc1e25e81caa44c749ec81976192e2ec934c64

“你好，世界！1”=>e9afc424b79e4f6ab42d99c81156d3a17228d6e1eef4139be78e948a9332a7d8

...“你好，世界！4250”=>0000c3af42fc31103f1fdc0151fa747ff87349a4714df7cc52ea464e12dcd4e9

通过这个例子，我们对工作量证明机制有了一个初步的了解。可能有人会认为，如果 PoW 只是这样一个过程，仅仅记住 nonce 是 4521 来使计算通过验证是不够的，当然不是，这只是一个例子。

我们将简单的把输入改成“Hello, World!+整数值”，整数值是1~1000.也就是说输入会变成1~1000的数组： Hello,World!1;Hello,World!2;...;Hello,World!1000. 然后依次对数组中的每个输入执行上述工作量证明——找到前导 4 0 的 Hash .

由于哈希值的伪随机性，很容易根据概率论的相关知识进行计算。估计可以得到 2 的 16 次方尝试次数，得到一个前面有 4 个 0 的哈希。 而如果你统计一下刚刚执行的1000次计算的实际结果，你会发现平均执行的计算次数是66958，非常接近2的16次方（65536)。在这个例子中比特币的机制是什么，数学所期望的计算次数实际上是所需的“工作量”，重复的工作量将证明是符合统计规律的概率事件。

用于生成对应目标结果并获得对应目标结果的实际计算时间如下：

你好，世界！1=>42153

你好，世界！2=>2643

...

你好，世界！998=>68868

你好，世界！999=>46281

市场上典型的比特币共识机制：

1. POW（工作证明）工作证明

依靠机器进行数学运算获得记账权，资源消耗比其他共识机器多，监管薄弱。每次达成共识，都需要全网通力合作。参与，计算性能效率比较低，容错允许全网50%的节点失效。优点是完全去中心化比特币的机制是什么，节点可以自由进出。

2.POS(Proof of Stake) 权益证明

POS 权益证明是一组代币持有者的存在，他们将他们的代币放入 POS 机制中，以便他们成为验证者。假设在区块链顶部有很多验证者 找到一个新区块，也就是 POS 算法随机选择这些验证者中的一个，赋予他们生成下一个区块的权利，并根据代币的数量来选择验证者的权重他们投入了。

3.DPOS（Delegate Proof of Stake）股权授权证书

比特股社区首先提出了DPOS机制。 DPOS 和 POS 的主要区别在于它的节点选择了几个代理。代理是经过验证和记账的，其合规监管、性能、资源消耗和容错能力与POS类似。类似于董事会投票，代币持有者投票一定数量的节点代表他们进行验证和记账。

4.瑞波共识 瑞波共识机制

Ripple Consensus Mechanism 的算法主要是：要让一组节点基于一个特殊节点列表达成共识，特殊节点的初始列表就像一个俱乐部，接受一个新成员必须由更多人投票超过 51% 的俱乐部现有成员。

共识遵循该核心成员51%的权利，外人无影响。与比特币和点点币一样，Ripple 系统将股东与其投票权分开，因此比其他更中心化的系统效率更高。

5.池验证池

这是一种传统的分布式一致性技术，再加上数据验证机制，目前广泛应用于产业链共识机制。它的优点是无需代币即可工作，并且基于成熟的分布式共识算法，可以实现秒级共识验证。缺点是去中心化程度不如比特币，更适合多方参与的多中心商业模式。