1.3.3 共识机制

去中心化的区块链不需要第三方参与，那么日常转账交易、系统维护由谁来完成呢？这是很多刚接触区块链技术的人最疑惑不解的地方。这么多人维护比特币这么大的系统，不可能总是义务劳动吧？中本聪是不出钱的，也没有机构出钱，那么怎么让矿工们自带机器来干活呢？这就需要共识机制了，通俗地讲，共识机制就是一种利益分配机制。

我们用地球生态环境来类比区块链，动物排放的二氧化碳会被植物吸收并产生氧气，太阳帮助植物进行光合作用，微生物净化废物，构成循环的生态系统，整个过程不需要任何中心化干预。区块链就像大自然，具有能实现自治的生态系统，之所以能运转良好，靠的就是共识机制。

从技术上来看，区块链共识机制要解决的第一个问题，也是最重要的问题，就是“谁有权写入数据”。无论是新数据写入，还是老数据升级，都是最核心的“数据权”。在区块链上，怎么解决“数据权”问题呢？目前主要有3个机制：PoW、PoS和DPoS，主要共识机制的比较如表1-2所示。

1.工作量证明：PoW（Proof of Work）

这里的工作量指计算机计算随机数的工作量，在比特币系统中，矿工们想获得比特币就得去争抢“记账权”，这是通过寻找随机数来获得的。在一定时间内找到随机数具有难度，需要投入算力。

最先得到随机数的节点，将打包的交易区块添加到既有的区块链上，并向全网广播，由其他节点验证、同步，同时系统给该节点分配比特币。如果想获得更多比特币，唯一的方法就是多干活。通俗地讲，PoW机制就是“按劳分配”。

2.权益证明：PoS（Proof of Stake）

PoW机制最大的问题是浪费资源，很多人计算随机数只有一个节点可以成功，其他的算力都浪费了，白白消耗了很多资源，于是后来的开发者提出了PoS机制。

PoS机制类似现实中的股份制，如果共识机制主要是用来证明谁在挖矿这件事情上投入最多，那么为何不简单直接地把挖矿“算力”按比例分配给当前所有的持币者呢？在PoS机制中，持有更多比特币及相应时间（币天）的矿工将获得更多的投票权。通俗地讲，PoS机制就是“股权分配”。

3.股份授权证明：DPoS

PoS机制的问题是阻碍了新生力量的加入，因为后来的人持币时间肯定比先来的人短，这就会造成阶层固化，不利于整个区块链社区的发展，于是开发者提出了DPoS机制。在这种系统中，每个币都相当于一张选票，持有币的人可以根据自己的持币数量来选出自己信任的受托人，而受托人不一定需要拥有最多的系统资源。

DPoS机制的优势在于记账人数量大大减少，并且由授权的超级节点来轮流记账，从而大大提高了系统的整体效率，在理想环境中，DPoS机制每秒能够实现数十万笔交易。

共识机制的选择对区块链性能（如资源占用、处理速度等）有较大影响，也会决定区块链“去中心化”的程度。一般来讲，区块链的去中心化程度越高，效率越低，去中心化程度和效率在多数情况下难以兼顾。

PoW机制是由比特币提出的，比特币是去中心化程度最高的区块链，目前全世界有几十万个节点，但是速度非常慢，每秒只能处理7笔交易。PoS机制是由被称为区块链2.0的以太坊提出的，与比特币相比，其效率提高了很多，每秒可处理70笔交易。DPoS机制是由被称为区块链3.0的EOS提出的，全世界只有21个超级节点，每秒可以处理上万笔交易。

本节探讨了区块链的三大关键机制，分别是加密算法、Merkle树和共识机制。加密算法可以防止黑客窃取数据，Merkle树可以降低区块链阶段对存储空间的需求，共识机制是维持区块链社区运转的经济学逻辑。与中心化的数据模式相比，区块链采用了更复杂的技术，降低了效率，其根本目的是提高安全性。因此，区块链具有传统的中心化机制不具备的两大特征和五大作用。