公链核心要素、共识机制的优劣及痛点分析

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公链的核心要素

互联网世界里的核心资源要素包括存储资源、传输资源、运算资源三个方面， 区块链技术作为互联网技术的延伸，其核心资源要素与互联网有很大的相关性。同时，区块链是信任的机器，在互联网传递信息的功能之外，还承载着价值传输的使命，因而区块链世界的核心资源要素可归结为存储资源、传输资源、运算资源和共识机制所产生的信任资源四个方面。

业界通常将区块链的架构分为五个层面，分别为数据层、网络层、共识层、合约层和应用层，我们将其中的核心技术要素提炼成五个维度，包括可扩展性和传输技术、系统安全、分布式存储、监管兼容性和共识机制。公链的核心技术要素和核心资源要素如图 2-1 所示。

共识机制的优劣

主流公链采用的共识机制有：PoW、PoS、DPoS 以及 PBFT，简单介绍如下：

工作量证明机制 Proof of Work（PoW）是指获得多少代币，取决于主体挖矿贡献的工作量，一般来说，电脑性能越好， 分给矿工的矿就会越多。代表币种：BTC、LTC 和现阶段的 ETH。

权益证明 Proof of Stake（PoS）:类似于财产储存在银行，这种模式会根据你持有代币的量和时间，分配给你相应的利息。简单来说，就是指谁拥有的币多（需要钱包在线），谁就有发言权， 所以 PoS 就是根据在线钱包的持币比例来证明谁有发言权。

授权权益证明Delegated Proof of Stake（DPoS）：让每一个持有某种资产的人进行投票，由此产生一定数量的代表 ,再由选举产生的代表按照某种机制出块。从某种角度来看，DPoS有点像是议会制度，如果代表不能履行他们的职责（比如出现作弊等情况，他们会被除名，网络会选出新的节点来取代他们。代表币种：EOS。

实用拜占庭容错算法 PBFT PracticalByzantine Fault Tolerance（PBFT）：PBFT 是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母 R 表示，使用 0 到|R|-1 的整数表示每一个副本。为了描述方便，假设|R|=3f+1，这里 f 是有可能失效的副本的最大个数。尽表币种：NEO。

除了以上共识机制之外，还有各种改进型的共识机制，包括租用共识机制 LPoS（通过这一机制，代币持有者可以将他们的代币借给全网节点的矿工，并获得分红收益）、动态权益的共识协议（DSC，通过动态选举若干记账人，然后在所有记账人中采用PBFT 方式进行交易共识）、FBA 联邦拜占庭共识、OCE（基于 DBFT 共识协议和可验证随机函数VRF 的增强版本共识引擎，实现了近乎无限的可扩展性，只需很少的计算量，生产几乎不会分叉的区块链网络，OCE支持可插拔验证者、在线协议修复/升级）等。

主流共识机制的特性优劣分析如图 2-2 所示：

痛点分析

对于 PoW 共识机制：由于专业矿工和矿机的存在，最终算力过度集中让社区趋向中心化发展，矿霸事件频出，容易遭受 51%攻击造成交易回滚，用户损失资产；同时扩展性较弱，性能较低，此外，大量重复计算产生的高能耗也是 PoW 被诟病的原因之一；

对于 PoS 和 DPoS，这种不需要消耗太多算力即可达成共识的机制对 PoW 的上述缺陷有所弥补，但依靠代币数量获得出块又形成了新的中心化趋势，而且实现过程复杂容易分叉，需要运行大量的节点保证公链网络正常，这样会造成网络流量压力大，中间步骤存在安全漏洞。

1.区块确认时间较长

比特币平均 10 分钟出一个块，大致需要 6个区块确认，区块确认时间约为60 分钟；以太坊平均 15 秒出一个块，大致需要 12 个区块确认，区块确认时间约为 3 分钟。区块确认完成才代表当前交易处理已完成，全网已记录，按照此种方式计算，比特币的 TPS（每秒处理事务数）约为 7，以太坊的 TPS 约为15。主流区块链项目的 TPS 情况如图 2-3
所示。

根据目前传统商用应用的处理速度来看，现有区块链平台项目的交易处理速度尚不能支撑起大规模的商用应用，虽然在不断探索和开发，但区块链要真正的进入的商用应用，还需要很长的路要走。传统互联网应用的 TPS 情况如图 2-4 所示。

2.币价随市场波动较大

从数字货币出现伊始，人们就一直在诟病它疯狂的价格波动，近半年 BTC 的价格波动就超过 300%，ETH 的波动超过 400%，某些小币种的波动甚至超过1500%。相比其他金融资产和法币，数字货币价格波动较大的主要原因有三个：

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来源： https://blog.csdn.net/weixin_44172023/article/details/88681954