公司研究 | 比特币十周年今非昔比，共识机制融合发展向前

算力之旅（三）

2008年10月31日，比特币白皮书发布，随后的区块链世界风起云涌。 2009年1月，btc网络正式上线，比特币正式流通。 POW的应用真正落地，成为后来共识机制发展的源泉。

之后，随着整个区块链行业的快速发展，各种区块链项目如雨后春笋般涌现，共识机制的发展也随着不同项目的出现而快速发展。 QuantumMechanic 在 2011 年的比特币论坛演讲中首次提出 Proof of Stake（简称 PoS），后来通过 Peercoin（点币）和 NXT（未来币）以不同的思路实现。 大约在同一时间，比特股（BitShares）社区首先提出了类似于董事会投票的共享授权证明（DPoS）机制，由持币者投出一定数量的节点进行代理验证和记账。 在拜占庭容错机制方面，国内三大公链之一的NEO首次提出改进拜占庭通用算法——DBFT。

从共识机制的发展，我们可以看到不同区块链项目对“不可能三角问题”的积极探索和实践。

适逢比特币白皮书发布10周年，算力智库评选出国内领先的两大底层公链项目——Qtum和NEO。 呈现国内区块链底层技术行业的特点和动态，供大家参考。

【算力智库专家点评】

对于共识算法，我们从算力智库VNT Chain的相关技术专家处了解到，对于整个共识算法，可以从性能、去中心化程度、可扩展性三个维度来考虑。 每种算法机制只是三个特性的平衡。

Qtum的POS算法的风险在于分叉的可能性比较高，这也是POS算法本身的特点。 需要一些新的方法来化解。 NEO的拜占庭算法，由于节点数量相对固定，容易被攻击，安全隐患需要寻找新的方法。

整个共识算法领域的未来有两个可能的方向：一个是在以DAG为代表的架构中提高节点的随机性，使信任度更高，另一个方向是随机数算法+DBFT，加上一些硬件加速策略来改进通信的并行处理。

【核心观点】

从比特币诞生到现在，在过去的10年里，出现了两类共识算法。 不同的共识算法都是基于“不可能三角”进行技术改进。 在可扩展性、去中心化和安全性无法同时实现的情况下，一些算法试图在保证去中心化的前提下提高性能比特币现金的发展趋势，而另一些算法则试图在保证高性能的同时提高去中心化。 集中度。 项目之间互相学习是大势所趋。

Qtum作为POS共识机制的增强版，融合了比特币的UTXO账户模型、ETH的智能合约和POS机制。 三者合二为一，在现有成熟技术上进行创新。 该技术是务实的，具有高度的可实现性。

NEO 采用了增强版的拜占庭容错机制。 对于现有的生态设计，更符合平台的容错要求，有利于整个系统的生态建设。 目前集中度比较高比特币现金的发展趋势，主要是为了提高效率。

任何共识算法的改进和融合，没有好坏之分，只是项目理念的不同。 评价一个共识算法的进展，需要从项目路线图上看是否符合项目白皮书的理念。 目前Qtum和NEO都在按照路线图积极推进，未来可期。

区块链共识机制发展史：从POW到DPOS

POW（工作量证明机制）

2008年，中本聪发表了划时代的论文《btc: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，提出了区块链的数据结构。 2009年1月，btc网络正式上线，POW应用落地，成为共识机制发展的源泉。

POS（股权证明）

2012年，Sunny King发布了点点币（Peercoin，又称PPCoin，PPC），并在点点币中首次非常创造性地提出了POS机制的概念。 一个全新的世界，以及山寨币的新历史。

DPOS（委托权益证明）

比特股（Bitshares）项目于2013年8月启动，此时POW和POS均已成功运行了很长时间。 根据项目计划，无论是POW还是POS都不能满足要求，因此Bitshares发明了一种新的共识机制——Delegated Proof-Of-Stake (DPOS)，即股份授权权益证明。

DBFT（拜占庭容错机制）

该算法由我国开源区块链项目YI Blockchain提出并采用。 与以太坊对立的NEO，在共识机制的选择上，走了一条与以太坊截然不同的道路。 不同于btc和eth采用的POW机制，NEO采用了更类似于EOS的DPOS共识机制，并改进了拜占庭通用算法——DBFT。

两类共识算法：按数据写入顺序分类

按照目前主流的分类方法，主要是按照书写顺序，将共识算法分为两类，如下表所示：

区块链目前有两种共识机制，是根据数据写入的顺序来决定的。 一般来说，权限链采用节点投票的共识机制，以降低安全性为代价提升系统性能。 非许可链采用基于工作量、权利证明等的共识机制，主要强调系统安全性，但性能较差。

为了鼓励所有节点共同参与，维护区块链系统的安全运行，无许可链采用发行Token的方式作为对参与者的奖励和激励机制，即通过经济平衡的方式，防止篡改总账的内容。 因此，根据运行环境和信任分类，选择合适的共识机制是区块链应用落地需要考虑的重要因素之一。

在底层技术平台领域，国内很多公司各具特色，根据创始团队的理念和项目的实际愿景选择了不同的共识算法。 算力智库从两大类共识算法中选择了PoS算法和PBFT算法，并选择了公链底层技术领先的公司——量子链和小易。 从共识算法的角度，了解不同共识算法的应用特点。

Qtum 互惠权益证明：UTXO+PoS+智能合约，三合一

从白皮书和项目报告，以及对CTO的采访，我们了解到Qtum采用的共识机制是MPoS（Mutual Proof of Stake），Qtum最大的特点是UTXO+PoS+智能合约。

采用UTXO账户模型主要基于三个优势： 1. 在Qtum项目初期，比特币网络已经稳定运行了7、8年。 UTXO账户模型的稳定性、安全性和交易并发性得到了验证。 2、可以更好的解决双花问题。 3. 采用简单支付协议（SPV），方便钱包接入和DAPP应用。

在智能合约方面，大部分代码借鉴自以太坊，以太坊进一步完善，兼容比特币网络和以太坊网络上的项目。

采用 PoS 模型的初衷是避免像 POW 一样浪费资源，可以通过代币管理来规避中心化风险。 在保证高性能的基础上尽可能追求去中心化。

NEO拜占庭容错机制：容错性好，执行速度好

确定性好，所有交易在第一次确认后都是 100% 最终的。 NEO 高级研发经理 Malcolm Lerider 在谈到 DBFT 协议时表示：区块链不能使用 DBFT 进行分叉，高价值链上的交易执行速度会快得多。 它是基于管理和业务用例构建的。

授权拜占庭容错机制的优势：专业记账； 可以容忍任何类型的错误； 簿记由多人完成； 每个区块都有最终确定性，不会分叉； 算法的可靠性有严格的数字证明。

在 DBFT 共识机制中，NEO 持有者不直接参与共识。 共识节点的数量由投票过程决定，从7个到1024个不等。因此，随着NEO核心协议的逐步稳定，NEO持有者有望选举出一个到几十个共识节点。 据团队预测，2018年的人数将维持在7至13人。

在牺牲去中心化和安全性的前提下，旨在提升公链的性能。 当前的 DBFT 机制是高度中心化的。 这一点一直受到质疑，NEO创始人达鸿飞在2018年3月6日公开回应：项目还处于早期阶段，团队更看重效率而非去中心化。

算力综合评价

从比特币的POW共识机制，到POS机制，再到DPOS、DBFT机制。 过去共识机制的发展是随着区块链项目的发展而向前发展的。

从Qtum和NEO的共识算法分析可以看出，无论采用哪种共识机制，总是需要在去中心化和性能之间进行权衡。 任何算法的开发都是根据当前项目的需要创新开发的，没有好坏之分，只是思路不同。

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