介紹
共識算法是用戶和程序在分佈式網絡中協調其行爲的一種機制。它確保所有網絡參與者就數據的當前狀態達成一致，即使某些節點發生故障也是如此。換句話說，共識有助於維持系統的彈性（要了解更多信息，請查看拜占庭將軍的任務解釋）。
在集中式結構中，一個實體擁有對整個系統的權力。在大多數情況下，這些機構有權做出他們認爲合適的改變：沒有複雜的治理系統可以在多個管理員之間達成共識。
在去中心化的環境中，運行機制完全不同。例如，如果我們談論分佈式數據庫，我們如何獲得網絡中所有參與者關於可以將哪些數據添加到網絡的同意？
在各方無法相互信任的環境中達成共識是該行業最重要的發展之一，這爲區塊鏈的出現鋪平了道路。在本文中，我們將探討共識算法對於加密貨幣和分佈式賬本正常運行的重要性。
共識算法和加密貨幣
在加密貨幣網絡中，用戶餘額記錄在數據庫（區塊鏈）中。每個用戶（節點）必須擁有相同的數據庫副本。否則，信息就會發生變化，這將違反整個加密貨幣網絡的可靠性和開放性原則。
公鑰加密確保未經授權的各方無法訪問您的硬幣。然而，用戶還需要一種可靠的方式來檢查資金是否已被花費。
比特幣的創造者中本聰提出了工作量證明系統來協調網絡用戶。接下來，我們將瞭解 PoW 的工作原理，但首先我們將確定大多數現有共識算法的共同特徵。
第一個是要求想要添加區塊的用戶（我們將其稱爲驗證者）提供某種股份作爲回報。份額或權益是驗證者必須提出的一定價值，作爲誠實工作的保證：如果驗證者試圖欺騙系統，他們將失去他們的份額。份額可以是計算能力、加密貨幣或聲譽。
您可能會問一個合乎邏輯的問題：爲什麼他們要拿自己的資源冒險？事實上，這裏有一個特殊的工作獎勵制度。通常，獎勵以本機協議代幣的形式發行，其資金來自用戶費用和新創建的加密貨幣，或有時兩者兼而有之。
另一個重要特徵是識別欺詐活動的透明度。生產區塊應該是昂貴的，而檢查完成的工作應該是便宜的並且對普通用戶來說是可以訪問的。因此，任何人都可以檢查和監控驗證者的工作。
共識算法的類型
工作量證明（PoW）
工作量證明（PoW）成爲區塊鏈上所有其他共識算法的鼻祖。它首先在比特幣中實現，但這個概念本身早在這之前就出現了。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，直到獲得密碼難題的合適解決方案。
哈希是通過哈希函數處理數據時創建的一組隨機字母和數字。如果你再次對相同的數據進行哈希處理，你將得到相同的結果，但如果你改變哪怕一個值，哈希值就會變得完全不同。
通過查看輸出，您將無法知道通過該函數傳遞了哪些信息。因此，哈希非常適合證明您在某個時間之前知道的事情。您可以給某人這樣的哈希值，然後提供初始信息，以便該人可以通過該函數運行它並查看輸出是否匹配。
在工作量證明中，協議設置區塊確認（驗證）的條件。例如，您可以設置只有哈希值以 00 開頭的塊纔是有效的，礦工創建有效塊的唯一方法就是簡單地迭代輸入數據。驗證器將程序配置爲每次散列時產生不同的結果，直到生成正確的散列。
在大型區塊鏈中，找到合適的哈希值非常困難：您將需要整個倉庫的專用設備來對大量數據（使用 ASIC 類型單元）進行哈希處理，以便具有競爭力並能夠創建有效的塊。
在採礦業中，風險是此類設備的成本以及工作所花費的電力。 ASIC（專用集成電路）類型的硬件是爲單一任務而設計的，因此它不能用於加密貨幣挖掘以外的任何用途。收回初始投資的唯一方法是通過採礦和成功添加區塊的獎勵。
對於網絡來說，只要確保您實際上創建了正確的塊就足夠了。即使您的 ASIC 執行了數萬億次組合才能獲得正確的哈希值，爲了檢查其正確性，只需將數據傳遞一次函數就足夠了。如果您的數據產生有效的哈希值，則該塊將被網絡視爲有效，並且您將獲得獎勵。否則，網絡會拒絕您添加區塊的請求，您可以說您浪費了時間和電力。
股權證明 (PoS)
權益證明（PoS）出現在比特幣早期，作爲工作量證明的替代方案。 PoS系統不需要礦工參與，不需要使用特殊設備或大量消耗電力——一臺普通的個人電腦就足夠了。
此外，您還必須做出自己的貢獻。 PoS 不使用外部資源（電力或設備），而是使用內部資源 - 加密貨幣。不同協議的要求可能有所不同，但通常有一個最低金額的資金可以授予所有者抵押權。
質押期間，資金被凍結在錢包中（質押期間無法移動）。在大多數情況下，您與其他驗證者就哪些交易將進入下一個區塊達成一致。從某種意義上說，驗證者在他們想要添加到區塊鏈中的區塊上下注，但選擇該區塊的權利仍然屬於協議。
被選中區塊的驗證者將根據其權益大小獲得一部分交易費用。錢包中被凍結的資金越多，獎勵就越大。然而，對於試圖欺騙系統並添加無效交易的行爲，攻擊者面臨着失去部分（或全部）份額的風險。因此，PoS 的工作原理與 PoW 類似：誠實行事比試圖欺騙系統更有利可圖。
該機制不以新創建的代幣的形式爲驗證者提供獎勵。使用這種算法，區塊鏈的原生貨幣必須以另一種方式發行，例如通過首次發行（ICO或IEO），或者通過在PoW上啓動協議然後切換到PoS。
迄今爲止，純粹形式的權益證明僅在少數網絡相對較小的加密貨幣中部署，因此仍然很難確定它是否可以成爲 PoW 的可行替代方案。儘管這個算法在理論上似乎是合理的，但實際上一切的發生都有些不同。
一旦 PoS 部署在擁有大量資金的網絡中，博弈論和各種經濟激勵就會在系統中發揮作用。如果有人想要“破解” PoS 系統，那麼只有利潤有保證，所以我們只能瞭解這在網絡上的可能性有多大。
PoS 的大規模測試很快就會進行：作爲以太坊網絡更新（也稱爲以太坊 2.0）的一部分，Casper 協議將被實施。
其他共識算法
工作量證明和權益證明是最受關注的共識算法，但還有許多其他算法各有優缺點。我們建議您在以下文章中更詳細地熟悉它們：
延期工作量證明解釋
租賃權益證明如何運作
授權證明說明
燃燒證據的解釋
委託權益證明的澄清
混合共識算法
概括
共識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對工作量證明的使用，它允許用戶就一組共同的事實達成一致。
如今的共識算法不僅支持數字貨幣系統，還支持區塊鏈，允許開發人員在分佈式網絡上運行代碼。它們現在是區塊鏈技術的基石，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，原因很簡單，即尚未提出更可靠、更安全的替代方案。然而，替代 PoW 的研究和開發工作量巨大，而且我們可能只會看到更多。