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区块链共识算法的比较研究
 
 
摘  要： 区块链是一种去掉中心管理结构的通过分布式的节点运行的公共数据库。区块链是从2008年提出，经过多年的发展，近些年来收到社会的特别关注。区块链的项目较多，例如以太坊、e）、POW（Proof of Work）[4]等一系列的拜占庭容错类的共识算法被应用起来。
根据打包节点方式、一致性的程度和容错能力等特点，区块链共识算法可以分为多了不同维度的类别。根据打包节点的方式，区块链共识算法分为联盟类、选举类、证明类、随机类等。其中常见的区块链共识算法是选举类。常见的证明类算法包括POW（Proof of Work）和POS（Proof of Stake）。这两种算法不同的是
POW证明的点是矿工的算力，而POS 证明的点是参与者占有系统虚拟资源的权益;随机类算法中常見的是通过依赖随机数字选取打包节点的Algorand[6]和PoET3;联盟类算法中的一种以 DPOS[7]为代表的“民主集中式”轮流获得打包权;还有很多混合类的共识算法，类如很多系统采用 PoW+PoS 的共识机制[7]。
2  常用共识算法
 工作量证明算法（Proof of Work）
比特币早期的应用的过程中，其核心的思想是通过各个节点的算力竞争选择打包节点。比特币系统通过分布式系统的各个节点的计算机算力通过互相竞争解决复杂并且验证容易的SHA256数学难题。最快解决问题的节点将获得下一区块的记账权利以及系统生成的比特币奖励。POW在比特币的应用中具有重要的意义。工作量证明机制（Proof of Work）简称POW，简单解释就是做的多获得就多。POW是一种应对抵御服务攻击或者其他滥用的经济对策，其要求发起者进行一定量的运算，该理论是1993年Cymhia Dwork和Moni Naor提出。比特币系统中的每一个节点都时刻进行高强度的复杂运算，获得一个随机数，然后根据这个随机数获取生成区块的机会。因此该系统也需要一定的奖励机制，即代币，生成区块获得定制的代币奖励。Proof of Work高度依赖分布式系统中的各个分点的计算机，计算机的性能越高，POW的性能就越高。与其他共识算法相比，Proof of Work构成的成本较高，但区块生成的效率较低。其性能如表1所示。
 股权证明（Proof of Stake）
为了解决POW算法巨大浪费计算能力的问题，POS（Proof of Stake）共识算法被提出。权益证明机制（POS）是一种 依赖于验证者在网络中的经济利益的公共区块链的共识算法。在基于工作量证明（POW）的区块链中，该算法鼓励解决密码难题的参与的区块，以验证交易的成功并创建新的区块-—简称采矿。在基于权益证明机制（POS）的公共区块链中，验证者循环在下一个区块提出投票和投票，每一位验证者投票的权重取决于该验证者存款的大小——股权。简单来说，股份越多，挖矿越容易;拥有的股份越少，越难产生区块。所以权益证明机制是对工作量证明的升级，根据各个分布式节点拥有的代币动态求出随机数的难度，拥有的代币越多则容易求出[8]。
虽然权益证明机制（POS）算法能在一定程度上降低工作量证明（POW）算法带来的巨大浪费，避免了计算资源的竞争，但其仍然存在一些问题。例如某一用户长时间持有区块链资产，或者