共识机制或叫共识算法,是比特币网络和区块链世界的核心,也是理解区块链的一把钥匙。理解共识机制,先要搞明白为什么需要共识机制?
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什么是区块链共识算法?为什么POW难以承载区块链的信仰?

2018-07-12 作者:游民老赵 来源:网络 分享到:

共识机制或叫共识算法,是比特币网络和区块链世界的核心,也是理解区块链的一把钥匙。理解共识机制,先要搞明白为什么需要共识机制?

共识机制或叫共识算法,是比特币网络和区块链世界的核心,也是理解区块链的一把钥匙。理解共识机制,先要搞明白为什么需要共识机制?

在中心化的机制中,所有用户都只是执行者,即按照中心化的规则操作即可。例如在支付宝系统中,按照步骤转账,提交后,支付宝中心数据库在后台完成这笔交易。但是,在去中心化的系统中,需要全网节点(或部分)参与来实现。那么问题来了,如何让全网节点自发性地参与进来?

这就需要设计一套机制来获取全网共识,这种机制就是共识机制。从管理学角度,共识机制实际上是一种去中心化的管理机制,即如何分配权、责、利来获取共识,激励全网节点维护系统正常运行。所以,权责利的分配机制不同,就产生了不同的共识机制,如PoW(Proof of Work,工作量证明)、PoS(Proof of Stake,权益证明)、DPoS(Delegate Proof of Stake,委托权益证明)、PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法)等。

在区块链系统中,共识机制面临三元悖论(trillema),又称三难问题或不可能三角(impossible trinity),即: 在一个区块链系统中,可扩展性(效率)、去中心化和安全性三者不可兼得,最多得其二。其实,所有的管理机制都面临三元悖论:效率、安全、去中心化。传统货币理论中,有个蒙代尔三角,即一国无法同时实现货币政策的独立性(去中心化)、汇率稳定(安全)与资本自由流动(效率)。世界主要国家选择货币政策的独立性和资本自由流动,实行有管制的浮动汇率。而像香港这种经济体,则选择汇率稳定和资本自由流动,放弃货币政策的独立性——由于港币锚定美元,其货币政策(如加息降准)与跟随美元货币政策,也就是以美元为中心,放弃了去中心化。目前所有中心化的系统中,兼顾了效率和安全,放弃了去中心化。

人们尝试过多种方式以实现去中心化的管理,主要有市场竞争机制、委托人机制、随机选择。随机选择兼顾了效率和去中心化,但是不够安全,同时激励性不足。随机选择放弃了人类的智慧在管理中的价值,忽视了人的禀赋的差异。除非在不需要人类智慧参与、公平度需求极大的环境中,才会使用随机选择机制,比如车牌摇号。当然也有权益证明+随机选择,如购房摇号,先有几百万诚意金才有摇号资格。

进入工业社会,我们认为在充分竞争的前提下,市场机制是最优的、最公平的。市场竞争机制的规则是优胜劣汰、多劳多得。POW(工作量证明)则引入了市场竞争机制,在比特币网络中,节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权,谁的算力越大,求得正确的数值解以生成区块的概率就越大。

为了激励节点竞争记账权,矿工每挖出一个新区块,都可以获得一定的比特币奖励。这种算法的竞争机制以及获胜者有权在区块链上进行交易记录的机制,这二者是比特币安全的基石。

当然,挖矿激励只是手段,其目的是为了在没有中心机构的情况下,实现去中心化结算。挖矿是一种将交易结算所去中心化的过程,每个结算所对处理的交易进行验证和结算。这个理解非常关键,很多人之所以误解比特币,是把挖矿作为目的而非手段,目的和手段搞反了。很多人把比特币理解为一种投机货币,其实比特币首先是一个去中心化的点对点的网络支付系统,其次才是一种加密货币。在传统的支付系统中,中心机构提供了结算服务来验证并处理所有的交易。但是,比特币没有中心机构,所有的交易都记录了一个公共账本中,而记录和验证工作即结算,则需要全网节点共同参与。

我们可以看出,POW选择了市场竞争机制,兼顾了去中心化和安全,但是损失了可拓展性(效率)。目前比特币每十分钟生成一个新区块,每个区块容量为1M,比特币拥堵问题一直被人所诟病。但是,比特币拥护者和区块链信仰者依然坚持POW是最符合区块链精神、去中心化的共识算法。

不过,POW实际执行的结果并没有那么理想,甚至背离了中本聪设计的初衷。基于POW共识算法的系统甚至遭遇双花攻击,比特币也存在被人掌控和遭遇攻击的威胁。公平的市场竞争机制为什么背离了去中心的初衷,甚至可能导致比中心化系统更为糟糕的结果?

市场竞争机制是公平的,但是不代表生产公平的结果。市场竞争一旦开启,竞争者之间的比较优势将发挥重要作用,优势明显的竞争者可以进一步扩大优势,进而有可能实现自然垄断,破坏原有的自由竞争。

古典经济学集大成者大卫·李嘉图载气《政治经济学及赋税原理》中,阐述了比较优势理论。比较优势可以表述为:在两国之间,劳动生产率的差距并不是在任何产品上都是相等的。每个国家都应集中生产并出口具有比较优势的产品,进口具有比较劣势的产品(即“两优相权取其重,两劣相衡取其轻”),双方均可节省劳动力,获得专业化分工提高劳动生产率的好处。

或许中本聪没有预想到,比特币的算力最终会掌握在中国人手中,世界排名前三的矿机生厂商比特大陆、嘉楠耘智和亿邦科技都是中国人创办的,囊括了囊括了全球九成以上的份额。其中最主要的原因是中国在矿机生产这一产业中具备明显的比较优势。

不过,李嘉图只用劳动支出这一因素的差异来解释比较优势。后来,师承瑞典著名经济学家赫克歇尔的俄林创立了赫--俄模式,用要素禀赋理论解释比较优势,该模式是现代国际贸易理论的新开端,与李嘉图的比较成本说模式并列为国际贸易理论的两大基本模式。俄林认为,比较优势差异源于各种生产要素,包括劳动力、资本、土地、技术、管理等的方面,这些要素禀赋的差异在国际贸易中体现出生产成本优势。在矿机生产和挖矿这一产业链上,中国具有庞大的完整的电子产业基础,可以实现矿机的快速、低廉、批量生产。这种比较优势和禀赋差异,使中国拥有了数字货币算力的绝对掌控权。

我们回头再看,POW引入市场竞争机制,兼顾了去中心化和安全,放弃了效率;但生产的结果是,去中心化和安全遭遇威胁,效率又没能改善。POW这一问题如果不解决,很难形成大规模的工业级的应用。

这种结果并不奇怪,西方发达自由经济体通过市场竞争,最终也有走向托拉斯和自然垄断。市场经济发展到今天,自由竞争机制和计划机制(计划、干预)实际上并存。例如NBA是一个市场化运作的篮球俱乐部,各队之间自由竞争,但是联盟为了防止过度竞争设置了大量规则,其中包括工资帽、“以篮球的名义否决交易”等。

我们再来看POS和DPOS,很多区块链信仰者都对这两种共识算法嗤之以鼻,认为他们都背离了去中心化。POS和DPOS一定程度上放弃了去中心化,兼顾了安全与效率。DPOS是一种委托人制度,这种制度实际上并非区块链世界的创新,而是现实社会中运用非常成熟的一种管理机制。DPOS更具实操性,但确实存在去中心化风险。

POW承载了区块链的信仰,但是非常沉重。绝对的去中心化,或许距离我们还很遥远,或许还存在技术上的障碍。POW足够伟大,目前还很难找到更好的共识机制,我们还需要上下而求索。在中心化和去中心化之间,综合市场竞争机制、代理人机制、随机选择等,找到新的共识。

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