共识机制的前世新生

在区块链的世界里，“共识机制”是一个非常重要的概念。从PoW，到PoS、DPoS，再到PoRS人类在不断的尝试解决和优化“去中心化”中的“信任”问题，而到底是什么原理？为什么要用“账本”的概念？“信任”问题究竟该怎么解决？新秀PORS如何填补当今的“共识缺陷”，那么还是要回顾一下这些“共识机制”的前世今生。

 (一)  PoW（Proof-of-Work）工作量证明机制

1997年，英国密码学专家亚当.贝克（Adam Back）发明了哈希现金（Hashcash），用工作量证明系统解决了互联网垃圾邮件问题，而中本聪（目前被确信为一个神秘的技术团体，并非一个人）采用PoW来设计比特币系统，希望通过节点的算力来竞争记账权。由于比特币网络中有成千上万个节点，那该把币发行给谁呢？按照工作量证明的策略，在比特币系统中，大约每10分钟进行一轮算力竞赛，竞赛的胜利者获得一次记账的权力，并向其他节点同步新增账本信息。从这个角度看，“工作量证明机制”也可以看作是比特币系统的激励机制。

中本聪在比特币系统中，给每一个节点出了一个难题：

在给定的字符串“blockchain”，后面连接一个称为nonce的整数值串， 对连接后的字符串进行SHA256哈希运算，如果得到的哈希结果（以十六进制的形式表示）是以若干个0开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，我们需要不停地递增nonce值，对得到的新字符串进行SHA256哈希运算。

由于hash算法是一个不可以逆的算法，没法通过具体的hash值，倒推出原文；这样的话每个节点只能采用穷举的方法，也就是从1开始，2 3 4 5…不断的往后试；在这个过程就开始考验各个节点的CPU计算速度了，算的快的，很快就能得到Nonce值，然后他就把这个Nonce值放在结构体里，通过P2P网络广播出去；每个系统节点收到后，发现这个Nonce值是合法的，能满足要求，就认为挖矿成功；对于那些算到半截的节点，发现有人已经算出来了，就放弃本次穷举了；然后开始通过穷举的办法，去寻找下一个区块的Nonce值；这也就是“挖矿”的原理，就是计算机通过穷举的办法，不断去找Nonce值、算Hash值的过程；谁先找到，谁就挖成功了；

大家一起参与计算，都要耗费算力，而最终有效的只有一个用户所做的功，其他人做的都是无用功。这无疑伴随着巨大资源浪费，而日渐庞大的账本体量，导致全网确认信息的实效越来越长。

（二）（PoS）Proof of Stake 权益证明机制

2011年7月11日在Bitcointalk论坛首次提出的 Proof of Stake，当时还没有PoS的简称，是对Proof of Work提出来的。简单而言，即拥有越多股权，就可以获得更多奖励。这里的股权是指你持有的数字货币的数量和时间，根据它来分配权益，类似股票的分红制度。你持有的币越多，持有的时间越长，即币龄（币龄=持币数*持币时间）越大，就能拿到越多的分红，也就有更大的记账权利。

以太坊就是最典型的例子。从提出到落地，大概经历了1年左右的发展，2012年8月19日，首个基于PoS共识的区块链项目点点币（Peercoin）诞生。SunnyKing（点点币创始人）在最初设计的时候，可能因为时间过短，没有想清楚如何解决 PoS 机制下出现的问题，也可能是 PoW 共识在人们的思维方式里面占据着主要地位，点点币的共识实际上是基于PoW+PoS的混合共识，而不是纯PoS（Pure PoS）的共识，在点点币的白皮书里面，我们可以看到当时很多新的概念，币龄（Coinage），随机数参数（prev_blocks_data），PoS的checkpoint等等。

在2009~2014年期间，比特币的 PoW 还是具有较高的权威性，大部分人对PoW的印象里面，除了浪费资源和效率稍低一点之外，并没有太大的致命性问题，到了2015年~2016年，币圈进入了大熊市，很多项目和开发者就进入了冬眠过冬阶段，也很少有项目再出现吆喝捐赠，IPO或者ICO了，PoS的研究也在市场上消失了一段时间，PoS机制的币种也相继崩溃，排除市场大周期的原因，我们归结那段时间PoS机制币种失败的原因，点点币，Nxt，黑币，影子币都是PoS很早期的探索项目，技术上并未完全考虑全面。

通俗的说，PoS 就是资本主义，按钱分配，钱生钱。

一定程度上缩短了共识达成的时间。不再需要大量消耗能源挖矿。PoS 当然也能防作弊，因为如果一名持有 51%以上股权的人作弊，相当于他坑了自己，因为一个人自己不会杀死自己的钱。但本质上还是需要挖矿，没有解决商业应用的痛点，而且所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。

例如，以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出现，事实上证明了此次硬分叉的失败。极端的情况下会带来中心化的结果。PoS 机制由股东自己保证安全，工作原理是利益捆绑。在这个模式下，不持有 PoS 的人无法对 PoS 构成威胁。PoS 的安全取决于持有者，和其他任何因素无关。

在POS机制里，拥有币和币龄越高的节点拥有着越高产生新区块的权力。简单来说，就是你拥有越多的币，并且你拥有的币的币龄越久，就有可能获得记账权的概率越大。POS虽然解决了POW的能耗的问题，但全节点确认会让区块确认的效率提不起来，且时间越长，也越容易产生马太效应，即持有币越多的人会获得更多的币奖励，从而加大贫富差距，最终产生超过50%的中心化节点，被动演化为非预期的中心化的结果。

（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）委托权益证明

简单来理解，DPoS共识算法就是将PoS共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子，而不是所有人都可以参与记账，这个圈子可能是21个节点，也有可能是101个节点，这一点取决于设计，有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将极大地提高系统的吞吐量，因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。

在PoS共识中，人们使用财产证明来“挖矿”，也就是说，这是任何人都可以参与的，只要你持有币，你就可以参与挖矿。但是我们可以看出，PoS并没有解决性能问题，在这里我们直接认为提高性能就是提高TPS，TPS表示区块链每秒能确认的交易数， 交易数量是由区块大小和平均每笔交易大小决定的，而区块大小受全网网络状态限制，也是由记账节点之间物理带宽决定的。记账节点的个数直接决定了物理带宽的上限，因为记账节点数量越多，则对物理带宽要求越高，对网络的稳定性要求也越高。

在PoW和PoS中，成为记账节点是无需门槛的，你可以随时参与挖矿，随时退出。那这会带来什么问题呢，首先无法确定记账节点的数量，其次无法确定记账节点之间的网络环境，记账节点数越多网络环境越复杂，这些不确定性会增大网络分区的概率，从而导致区块链分叉。

如果我们事先规定好记账节点的数量，接着让全网所有节点可以投票决定哪些节点可以成为记账节点，这样就限制并减小了记账节点，这个过程我们也称作投票选举。因为记账节点数量不多，那么我们可以在共识算法中规定出块时间为一个固定值，这个值可以很小，通过轮流出块的方式来进行记账。

通过投票选举的方式，选出记账节点，代表他们履行权利和义务，而不是用算力来决定。如果记账节点不称职，随时可能会被投票出局。投票的权重和分配的收益，都是按照持有的加密货币数量占总量的百分比来计算的，51%的股东的投票结果是不可逆且有约束力的。

EOS采用的就是“委托权益证明（DPoS）”机制，将“记账权力”委托(Delegated)给一小群“超级节点”。一个超级节点，则代表的是一群普通节点的利益。

在委托权益证明机制（DPoS）中，不需要算力解答哈希函数，而是由持币者投票选出生产者（也就是记账节点）。因此，相对于PoS，DPoS减少了记账节点，交易更快，号称能到百万级TPS，同时系统相对更加稳定安全，全包最终一致性，相对于PoW 也解决了资源消耗问题。

但是DPoS机制的设计并不能保证一定有足额的真实的记账节点，因为一个人或一个实体，可能控制着多个节点。比如LBTC，就一度出现半数节点被鱼池一家控制。EOS在启动过程中，也疑似出现一个人虚拟出7个节点的事。

其次，在真实的网络环境中，EOS实际的运行效率远没有吹的那么厉害，同时超级节点的治理权力和经济利益过于集中，如果他们串通，将进一步形成巨头龙垄断。由于DPoS共识机制本身将“矿池”纳入系统内部，并被委托记账，虽委托的记账节点权力较大，可以认为DPoS本身就是带中心化思路的共识机制。而且对于坏节点的处理存在诸多困难。社区选举不能及时有效的阻止一些破坏节点的出现，给网络造成安全隐患。这也是为什么V神怒怼DPoS的原因。

（四）PoRS (Proof of Resource staking)资源权益证明

在2019年，一个叫做  Aimersion 的技术组织提出了一种新的共识机制——PoRS（据说孕育了十年之久），通常在对等式的网络结构中，节点需要提交一定的数学证明，以确认其贡献的有效性。例如前面提到的PoW、PoS  。

在过去，一些采用对等式网络结构的存储技术发展迅猛，例如：Maidsafe、Ipfs、Sia、Storj等，这些技术需要验证节点所贡献存储资源的综合能力，而传统依靠节点算力进行验证的共识机制并不适用于存储领域。而PoRS共识机制，通过算法结合节点贡献的存储空间大小、利用程度以及在线时间等因素验证节点贡献的有效性，来判定节点的贡献价值，这样一来，作为节点只需要贡献硬盘资源和少量CPU算力，即可为整个网络系统提供处理数据的空间和效率，因此PoRS 相比于传统的共识机制而言，节省了大量能源消耗，资源消耗，以及环境消耗，进入门槛也非常低，只要节点的参与费用不是让人望而却步的话，这种机制更容易进退自由。

其次就是存储行业正在兴起一股无法避免的挑战和变革，但无论是以Hadoop为首的传统存储行业，又或是以Maidsafe、IPFS这类属于第二代的分布式存储技术，PoRS  真的能以黑马新人的角色傲立在群雄逐鹿的底层存储市场吗？毕竟谁先征服底层领域，谁就是未来的规则制定者。

然而Aimersion已经提出，不久之后即将开始物理层和设备层的测试，PoRS 共识机制最终是要面对大量的真实数据和事件的，并非仅仅在理论层面，因此会进行实际的网络存储系统和节点测试，并且测试的问题也是目前市场上的其他同类技术还不具备，但不得不面对的问题：

数据需要随机拆分；

拆分逻辑不被追踪；

数据碎片能够自我加密；

碎片传输过程加密；

数据碎片权限自我验证；

整个存储系统能够自我治理。

如果按以上问题来说，光有PoRS 的共识算法是不够的，这个存储系统必须自带新的网络协议，新的验证密匙，智能管理系统（理论上来说，这种智能管理系统必须得是去中心化的，否则一开始就失去分布式的意义，那么就意味着数据在被碎片化的过程中就得自带该属性），而这样的标准毫无疑问也是给分布式存储提出了新的定义和参考，以目前市场上存在的这些分布式存储技术来说，都还遥不可及，即使在近两年炒的火热的IPFS也远远没有达到这样的要求。这个神秘的Aimersion真的可以吗？如果真的能够达到以上标准，那么节点贡献的判定机制将会非常可期，大资源节点和小资源节点之间的权益归属也会更加公平，新共识机制 PoRS 的诞生将真正给矿业带来巨大的颠覆，又或者说是福音，同时有可能结束目前共识机制的乱象之争。

可惜的是目前还没找到更多关于Aimersion的相关测试公告或者节点参与说明，节点是怎样的？也是存储机吗？单个节点存储量多大？参与方式如何？有没有模式？有没有代币？安全性多高？网络系统的效率如何？真的十分期待Aimersion 有更多详情可以公布。