区块链热潮正逐渐成为改造旧系统并使它们更具生产力的机会。但是，人们需要了解有关区块链的更多知识，才能欣赏其核心的独创性。该技术的核心方面之一是区块链工作量证明算法.
可以这么说，区块链技术仍处于起步阶段，但是就其可以帮助实现的技术而言，已经具有巨大的潜力。值得注意的是，该技术正在从运行加密货币的基本框架过渡到正在彻底改变行业的某种技术。.
什么是共识算法?
基本上，该技术允许用户在不使用中央权限的情况下在对等基础上进行交互。值得注意的是，当整个网络达成共识时，交易就完成了。特别是，共识算法是将不同的区块链网络区分开来的原因。例如，基于共识算法，比特币网络与以太坊网络不同.
从技术上讲，共识算法是团队内决策的过程。值得注意的是，小组成员提出了一个简化流程的系统，通过该系统，他们可以找到有关某个主题的共同点。为了达成共识，至少一个小组中的大多数参与者都应同意，而眼下的决定必须能够使多数人受益.
有趣的是，区块链共识算法使用类似的逻辑进行操作。除此之外，区块链共识算法还具有旨在提高区块链网络使用率的特定目标。首先，该算法负责在参与节点之间收集尽可能多的协议，从而使协议广泛存在。.
其次，网络内广泛的协议应该有助于参与者之间的协作。特别是，该算法可确保参与者达成的任何协议都符合所有成员的利益。第三，协议促进合作，使每个人都为网络的集体利益而努力。.
此外，该算法努力确保所有参与者都具有同等的对等关系所应享有的平等权利。最终，营造人人享有平等权利的环境有利于参与者的参与和个人活动.
共识算法的类型
如前所述，共识算法有不同类型，并在此基础上存在不同的区块链网络。值得注意的是，每种算法都有其独特的特征，可以与众不同并通过不同的机制在网络内达成共识。当前，有相当多的区块链共识算法。但是，两个主要的是工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）.
什么是区块链工作量证明算法?
这是最古老的共识机制，也是目前最受欢迎的机制。值得注意的是，算法的首次提及早于比特币网络的发明。有趣的是，对该算法的研究可以追溯到90年代初，Moni Naor和Cynthia Dwork在1993年发表了一篇文章。在这篇文章中，作者探索了该算法防止欺诈的潜力。.
1999年，另一位密码学研究人员Markus Jakobsson创造了“工作量证明”一词，直到中本聪（Satoshi Nakamoto）用比特币的发明令世界震惊时，它才得以应用。特别是，比特币区块链网络只是该研究的一种实施，其第一步可以追溯到1993年。.
PoW算法仍然是最流行的算法，因为它是少数几个无法妥协的算法。从技术上讲，它是可以达到拜占庭容错能力的算法之一。值得注意的是，拜占庭容错（BFT）只是系统承受与拜占庭将军问题相关的故障的能力.
这就是说，网络可以成功避免某些节点可能试图违反共识的情况。在区块链技术的背景下，很明显，区块链网络没有中央机构来管理交易。相反，公共分类帐分布在所有参与者之间，因此区块链技术也称为分布式分类帐技术（DLT）.
鉴于存储在公共分类账上的有价值的信息，某些不良行为者很可能会为了自私的利益而造成过失。因此，这些坏演员提出了拜占庭将军的问题。这样，需要区块链网络具有拜占庭式容错以避免此类问题.
PoW如何运作?
显然，PoW算法非常安全，因为它可以承受BFT。有趣的是，它的运行方式使它更加安全，因此非常受欢迎。没有BFT特性，网络的成员可以伪造交易，从而损害交易产生的区块的可靠性.
PoW算法的工作方式是网络中的节点需要解决数学问题，以便它们可以创建下一个块。谁是第一个获得数学问题解决方案的人，将获得共识许可以选择应在平台旁边添加的块.
结果，这个成功的节点获得了货币作为奖励。在比特币网络中，奖励一个比特币令牌。因此，有动机继续解决数学问题，以便人们可以选择下一个程序段。同样，现在很清楚为什么有些节点想要伪造交易，因此需要拜占庭容错.
然而，要找到数学问题的答案并不容易。在这种情况下，节点必须通过蛮力找到问题的解决方案。也就是说，那些具有最高计算能力的节点最有可能找到数学问题的解决方案。值得注意的是，这些参与计算的节点称为矿工，而解决问题的过程称为挖掘.
为什么区块链工作证明成功
采矿过程需要大量的计算能力才能解决每个连续的问题，因此需要消耗大量的能源。这样，该过程消耗大量电功率。稍后我们将研究此方面，以及为什么这是人们逐渐从算法转向其他替代方案的原因之一。尽管如此，PoW目前还是非常成功的，这有两个原因.
首先，很难解决数学问题。因此，节点需要花费时间进行繁琐的计算。有趣的是，计算能力的供应非常紧张，这意味着很少有参与者可以使用它。有趣的是，此特性也是交易期间节点作弊的可能性不高的原因.
例如，让我们假设一个坏演员想要攻击网络并破坏某个块上注册的数据。如果整个网络有十个块，并且坏角色的目标块是第七，那么坏角色将需要更改数据，分别是目标十块，九个八块和七个。考虑到挖掘单个块所需的计算能力，更改四个块上的数据几乎是不可能的。基本上，没有能够解决此类问题的计算机.
其次，PoW是成功的，因为一旦一个节点创建了一个块，其他节点就可以轻松地验证导致该解决方案的过程。值得注意的是，这部分是由于需要解决方案的问题的性质所致。为了解决该问题，矿工必须获得小于预设值的答案.
例如，网络可以提出一个类似10的值。为了使解决方案正确，必须确保解决方案小于10，即九。如果一个矿工成功到达9点，其他节点将轻松遵循该矿工用来获得解决方案的过程。但是，如果交易被伪造，将变得很复杂.
未来的工作量证明
如前所述，工作量证明吞噬了数吨的能量以完成计算。有趣的是，这是破坏算法的主要失败点之一。到去年十一月, 报告 表示，就能源消耗而言，开采一美元的比特币的价格是黄金，铜或铂金的两倍。.
根据 对研究人员而言，开采一美元的比特币需要超过17兆焦的能量。有趣的是，开采黄金仅需约5兆焦耳，开采铜只需4兆焦耳，铂金仅需7兆焦。因此，该合资企业变得更加昂贵，并考虑到加密货币的价格非常不稳定.
而且，随着更多的区块添加到现有的区块链中，解决下一个区块的问题的过程变得越来越困难。显然，计算过程要困难得多，因此，需要能够处理计算的更复杂的硬件。结果，采矿硬件的价格成倍增长.
目前存在的所有这些问题对于该算法来说都是一个黯淡的未来。有趣的是，有些政府已经对采矿活动实施了暂停措施，以便它们可以提出适当的立法来满足采矿业的高能耗。已经有一些像以太坊这样的区块链网络最初依赖PoW算法，现在正在迁移到权益证明等其他替代方案。基本上，该协议很有可能会发生根本性的变化，以努力合理化其使用，否则人们将完全放弃该协议。.
PoW面临的挑战
像前面讨论的那样，工作量面临着来自主要挑战的生存威胁。就能耗而言，已经很明显的是，该算法在用电方面非常宽容。除此之外，采矿硬件的成本不断上涨，所有人都对如何处理算法感到头疼。.
因此，很明显，PoW算法面临的主要挑战是解决计算问题的成本不断上升。值得注意的是，一个人只需要在美国平均花费4,758美元即可开采一枚比特币。在德国，成本跃升至$ 14,275，而在价格最高的韩国则是$ 26,170。有趣的是，CoinMarketCap指出 价格 一枚比特币目前的价格为4,089美元。因此，很明显，如果进行任何采矿活动，美国，德国和韩国的矿工实际上将蒙受巨大损失。.
PoW算法面临的另一个挑战是它并未真正分散。经验丰富的观察者指出，在任何一个时间点，只有一个节点负责维护分类帐。这是有权选择下一个区块的人，也是添加区块后将获得奖励的人.
作为补救措施，区块链技术的用户 苛刻的 彻底改变了区块链网络中分类账的处理方式。特别是，用户希望分类帐同时驻留在许多对等节点中，以便避免在任何给定点托管分类帐的单个节点的“独裁者”趋势。从本质上讲，这意味着将分类帐细分为很多部分，以使单个节点都无法清楚地看到分类帐的内容.
区块链工作量证明算法替代
为了改善区块链空间，一些开发人员提出了区块链工作量证明算法的替代方案，这些替代方案只是其他类型的共识算法。到目前为止，有许多替代方案，其中一些已在前面提到。在这里，我们将仅研究证明股权的备选方案之一.
区块链权益证明
作为共识算法，股权证明在工作证明两年后于2011年首次出现在区块链领域。工作量证明和股权证明之间的主要区别在于，后者的用户不必解决复杂的问题即可达成共识。相反，用户只需要使用加密货币作为达成共识的股份.
下面是它的工作原理。使用PoS协议的区块链网络中的所有参与者必须具有 基本加密货币 参与达成共识。例如，如果以太坊区块链网络成功过渡到PoS，则用户需要在其帐户中拥有以太币才能参与.
对于希望挖掘下一个区块的参与者，需要放样他们所拥有的货币。有趣的是，一个人选择下一个区块的机会取决于所抵押的加密货币数量。例如，如果一个人的总股份等于网络中所有密码股份的2％，则该节点将有2％的机会模仿下一个区块.
因此，尽管此协议中仍存在挖掘，但很明显，它不依赖于像工作量证明之类的计算。此外，权益证明协议随机选择矿工，并且他/她就交易费用获得奖励。因此，很有可能在验证者中，任何有风险的人都可以要求承担采矿责任。此外，由于每个动作都是随机的，因此分散性更大.
举证责任的优点
在这种情况下，很明显，与区块链工作量证明算法相比，功耗率几乎是微不足道的。展望未来，由于电力成本不断上升，能源需求较低的协议将占据主导地位。此外，该算法消耗更少的能量这一事实意味着它不需要复杂的硬件来促进挖掘过程。最终，这证明该协议在短期和长期内都具有成本效益.
权益证明的另一个优点是选择负责采矿过程的节点的过程是随机的。如果选择仅取决于一个人拥有的股份数量，那将是一个重大的挫折。这样，只有平台中最富裕的节点才有执行交易的余地，并且它们将继续变得更富裕.
相反，随机化过程可确保任何有利益的人都有参与采矿过程的真正机会。同样，这也证明存在真正的分权，与PoW不同，在任何时间点都没有一个节点负责整个分类账.
此外，证明或工作的过程不仅耗能，而且耗时。值得注意的是，根据工作量证明协议，验证者需要40到60分钟才能批准区块链网络中的交易。相反，由于挖掘既快速又有效，因此PoS平台中的验证过程很快。因此，以太坊网络预计一旦迁移到PoS，每秒交易数将大大增加.
PoS的缺点
毫不奇怪，对于仍在开发中的新技术，PoS具有各种陷阱，如果遇到这些陷阱可能会带来麻烦。首先，验证者仅需投入其加密货币即可开采的事实是一个巨大的问题。特别是，这意味着任何可以获取大量令牌的不良行为者都可能突然压倒所有其他验证器，并控制网络.
但是，经济法则可以保护网络免受此类攻击。特别是，购买代币的价格突然飙升将触发代币价格的急剧上涨，以至于攻击者将无法承受.
其次，验证节点可能会流氓并验证恶意交易。当网络存在分支时，可能会发生另一种相同性质的威胁。据经验丰富的观察者说，节点有可能在分叉的两边放权令牌，以便它们可以进行双重交易。.
为了缓解这种情况，一些开发人员正在创建PoW和PoS的混合体，使用户无法花费两次。在这里，一旦有网络分叉，他们的代币立即变得一文不值。例如，以太坊正在开发名为“ Casper”的PoS的改进版本，这将有助于遏制这种流氓验证器。.
摘要/结束语
随着对更严格的安全性和更多权力下放的需求，区块链技术正在经历根本性的转变。此外，采矿的成本非常高，并且有许多爱好者在路边闲逛。因此，还需要共识算法支持更便宜，更快的方法，以保证该技术的长期应用。.
今天流行的主要共识协议是工作证明。值得注意的是，该算法为比特币和以太坊提供了动力（在完全迁移到权益证明之前）。特别地，由于拜占庭式容错（BFT）特性，该算法仍然是最受欢迎的算法。但是，能源密集型本质构成了生存威胁.
另一种共识协议是权益证明，验证者使用其加密货币作为权益来参与采矿。特别是，该算法既节能又节省成本，并且验证过程很快。下面是两种算法的详细比较.
| 工作量证明与权益证明算法的比较 | ||
| 特征 | 区块链工作证明 | 区块链权益证明 |
| 矿业 | 通过解决复杂计算问题的能力选择矿工 | 任何有赌注的人都有成为矿工的机会，并且不需要任何计算 |
| 验证 | 由于验证者必须回溯矿工进行的计算，因此需要更长的时间 | 由于不涉及计算，因此花费更短 |
| 可扩展性 | 由于所有节点都必须参与验证，因此该算法难以扩展 | 并非所有节点都参与验证，因此它是快速且高度可扩展的 |
| 能源消耗 | 由于验证的计算性质，因此需要大量能源. | 它非常节能，因为它不需要任何类型的计算 |
| 加密劫持 | 不良行为者可能会“暗中”其他计算机，以提供更多的计算能力来进行挖掘 | 没有人面临加密劫持的风险，因为挖掘不需要大量的计算能力 |