什麼是共識算法？

內容
介紹
共識算法和加密貨幣
共識算法的類型
工作量證明（PoW）
權益證明（PoS）
其他共識算法
最後的考慮因素

介紹共識算法是一種允許用戶或機器在分佈式環境中進行協調的機制。它必須確保系統的所有成員都能就單一事實來源達成一致，即使某些成員失敗了。換句話說，系統必須是容錯的（另請參閱：什麼是拜占庭容錯？）。
在集中式設置中，單個實體擁有系統的權力。大多數情況下，她可以隨心所欲地進行更改——不存在複雜的治理系統來在多個管理員之間達成共識。 
在去中心化的環境中，情況就完全不同了。假設我們正在使用分佈式數據庫 - 我們如何就添加哪些條目達成一致？
在陌生人彼此不信任的環境中克服這一挑戰可能是爲區塊鏈鋪平道路的最重要的發展。在本文中，我們將瞭解共識算法對於加密貨幣和分佈式賬本的運行至關重要。

共識算法和加密貨幣在加密貨幣中，用戶餘額記錄在數據庫（區塊鏈）中。所有用戶（或更準確地說，所有節點）都必須維護數據庫的相同副本，這一點至關重要。否則，就會出現相互衝突的信息，從而破壞加密貨幣網絡的整體目的。
公鑰加密可確保用戶無法花費其他人的代幣。但是，仍然需要網絡參與者信任的單一事實來源來確定資金是否已被花費。
比特幣的創造者中本聰提出了工作量證明系統來協調參與者。我們很快將解釋 PoW 的工作原理——現在，我們將確定不同現有共識算法的一些共同特徵。
首先，我們要求想要添加區塊的用戶（我們將其稱爲驗證者）提供股份。權益是驗證者必須提供的一種價值，這可以阻止他們做出不誠實的行爲。如果他們作弊，他們將失去本金價值。質押的例子包括計算能力、加密貨幣甚至聲譽。 
他們爲什麼要拿自己的資源冒險？此外，還有獎勵。一般來說，獎勵是協議的原生加密貨幣，由其他用戶支付的費用、生成的新加密貨幣單位或兩者組成。
最後一個必要的項目是透明度。我們需要能夠檢測到有人作弊。理想情況下，區塊生產應該很昂貴，但任何用戶的驗證都應該很便宜。這確保了驗證器不斷受到普通用戶的檢查。

共識算法的類型工作量證明（PoW）工作量證明（PoW）是區塊鏈技術共識算法的教父。它首先在比特幣中實現，但這個概念已經存在了一段時間。在工作量證明中，驗證者（稱爲礦工）對他們想要添加的數據進行哈希處理，直到產生特定的有效解決方案。
哈希是您通過哈希函數提交數據時創建的看似隨機的字母和數字序列。但是，如果您再次提交相同的數據，您將始終得到相同的輸出。但是，如果您僅更改一個細節，則生成的哈希值將完全不同。
查看輸出，無法判斷函數中輸入了哪些信息。因此，可以證明您在某一點之前瞭解某條數據或信息。您可以給某人一個哈希值，當您稍後透露數據時，他們可以通過該函數提交它以確認輸出將是相同的。
在工作量證明中，協議建立了有關區塊有效的條件。例如，可能有一個條件，規定只有散列以 00 開頭的塊纔有效。礦工創建符合此條件的區塊的唯一方法是嘗試不同的輸入。他們可以調整數據中的參數以每次產生不同的結果，直到獲得正確的哈希值。 
在主要的區塊鏈上，難度非常高。爲了與其他礦工競爭，您需要一個裝滿專用哈希硬件 (ASIC) 的倉庫，纔有機會生成有效的區塊。
當您進行挖礦時，您的賭注是機器的成本以及運行它們所需的電力。 ASIC（專用集成電路）是爲了特定目的而構建的，因此它們除了挖掘加密貨幣之外沒有其他用途。收回初始投資的唯一方法是挖礦，如果您成功地將新區塊添加到區塊鏈，這將提供可觀的獎勵。
對於網絡來說，檢查您是否確實創建了有效塊是一個非常簡單的過程。即使您嘗試了數萬億種組合來獲得正確的哈希值，您也只需通過該函數提交一次數據。如果您的數據產生有效的哈希值，它將被接受並且您將獲得獎勵。否則，網絡將拒絕哈希值，您將浪費時間和電力。

權益證明（PoS）權益證明（PoS）在比特幣早期就被提出作爲工作量證明的替代方案。在PoS系統中，沒有礦工的概念，沒有專門的硬件，也不需要大量的能源消耗。您所需要的只是一臺普通計算機。
嗯，實際上不僅僅如此。仍然需要一些努力。在 PoS 中，您不提供外部資源（如電力或硬件），而是提供內部資源 - 加密貨幣。規則因協議而異，但通常用戶需要維持最低金額的資金纔有資格進行質押。
從那裏，您將資金鎖定在錢包中（在您質押時無法移動資金）。通常，驗證者之間會就哪些交易將被插入下一個區塊達成共識。在某種程度上，您可以押注哪個區塊將被選擇。該協議將選擇候選區塊之一。
如果您的區塊被選中，您將根據您的權益價值收到一定比例的交易費用。您鎖定的資金越多，您獲得的獎勵就越多。但如果您試圖通過提出無效交易來進行作弊，您將損失部分（或全部）賭注價值。因此，我們有一個和PoW類似的機制——誠實行事比不誠實行事更有利可圖。
一般來說，新幣不會被創建作爲對驗證者的獎勵。因此，區塊鏈的原生貨幣必須以另一種方式發行。這可以通過初始分配（即 ICO 或 IEO）或通過以 PoW 形式啓動協議，然後過渡到 PoS 系統來完成。
迄今爲止，純粹的權益證明實際上僅在較小的加密貨幣中實施。因此，目前尚不清楚它是否可以作爲 PoW 的可行替代方案。雖然理論上看起來是正確的，但實際上卻有很大不同。 
一旦 PoS 在具有巨大價值的網絡上實施，該系統就會成爲博弈論和經濟激勵的競爭場。任何掌握“破解” PoS 系統技術的人如果不能從中獲利，可能就不會這樣做——因此，確定它是否是一個可行的系統的唯一方法是在實踐中評估一個工作網絡。
我們很快就會看到 PoS 得到大規模測試——Casper 將作爲以太坊網絡（統稱爲以太坊 2.0）一系列升級的一部分而實施。

其他共識算法工作量證明和權益證明是討論最多的共識算法。但還有各種各樣的其他方法，都有各自的優點和缺點。查看以下文章：
什麼是延遲工作量證明？
租賃權益證明共識算法
什麼是權威證明？
什麼是燃燒證明？
什麼是委託權益證明？
混合 PoW/PoS 共識

最後的考慮因素達成共識的機制對於分佈式系統的運行至關重要。許多人認爲，比特幣最偉大的創新是它使用工作量證明來允許用戶就一組共享事實達成一致。
如今，共識算法不僅支持數字貨幣系統，還支持區塊鏈，使開發人員能夠在分佈式網絡上運行代碼。它們現在代表了區塊鏈技術的基石，對於各種現有網絡的長期生存至關重要。
在所有共識算法中，工作量證明仍然佔據主導地位。尚未提出更可靠、更安全的替代方案。有很多與開發 PoW 替代品相關的研究，未來幾年我們可能會出現更多提案。