資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：以太坊基金和以及在一起積極研究一個安全的去中心化的股權證明協議?？偨Y在本文中，我們討論了工作量證明和股權證明，它們是實現了拜占庭容錯的共識算法，并在當今的區塊鏈系統中得到實際應用。
在第一部分中，我們討論了拜占庭將軍問題、如何實現拜占庭容錯以及他們與區塊鏈的關系。
在上一篇文章中提到的算法實際上就是實現拜占庭容錯的解決方案。但是，那個解決方案還不夠有效率，它的變型也是有限制的，即不到三分之一的網絡是不誠實的。
用Lamport、Shostak和Pease提出的算法解決的拜占庭將軍問題的運行時間（n = 成員數量, m = 叛徒數量）
這把我們帶到了計算機科學中一個經典的問題：
我們能做的更好嗎？
本文的主題將討論實現拜占庭容錯的替代算法。
注意：請原諒我做了一些簡化。這些算法背后都有很多復雜的研究。我接下來將會為那些感興趣的、想要更深入研究的讀者們提供鏈接。
區塊鏈用共識算法來選舉一位領導者來決定下一個區塊的內容。
那個領導者還要負責把該區塊廣播到網絡，以便于其他同行可以驗證其內容的有效性。
工作量證明(PoW)這是像比特幣和以太坊等貨幣最常用的算法，每一種都有自己的不同。
在繼續之前，為了非技術性讀者的一點解釋：
一個散列函數（或譯哈希函數）是任何可以將任意大小的數據映射到固定大小的數據的函數。
如果一個哈希函數是安全的，它的輸出是無法與隨機結果區分開的。
Example:
keccak256("hello") = 1c8aff950685c2ed4bc3174f3472287b56d9517b9c948127319a09a7a36deac8
keccak256("hello1") = 57c65f1718e8297f4048beff2419e134656b7a856872b27ad77846e395f13ffe
在工作量證明中，一個成員要想成為領導者并選擇下一個要添加到區塊鏈的區塊，他們必須要找到解決一個特定數學問題的方法。
比如那個數學問題是：
給定數據X，找到一個數n，如附加到X結果的n的哈希是一個小于Y的數。
Example - hash is a hypothetical hash function that has the outputs listed as below
Y = 10, X = "test"
hash(X) = hash("test") = 0x0f = 15 > 10
hash(X+1) = hash("test1") = 0xff = 255 > 10
hash(X+2) = hash("test2") = 0x09 = 9 < 10 OK, 解決了.
鑒于所使用的哈希函數是加密安全的，找到解決這個問題的唯一方法就是用暴風算法（嘗試所有的組合）。換句話說，從概率學的角度，首先解決上述問題的成員是擁有最大計算能力的成員。這些成員也被稱為礦工。
這獲得廣泛的成功主要得益于一下特質：
這個問題很難找到解決方法
當該問題有解決方法的時候，很容易驗證它的正確性
每當一個區塊被開采的時候，該礦工會獲得一些貨幣（區塊獎勵、交易費用），因此他就更有動力繼續采礦。在工作證明中，其他節點通過檢查區塊的散列是否小于預設數字來驗證區塊的有效性。
由于計算能力的供應有限，礦工也不會想作弊。因為硬件、能源和錯過的潛在開采利潤的高成本，攻擊網絡會損失很多。
以下圖片很好的說明了比特幣和其他使用工作證明的幣種是如何阻止惡意行為的。
那些對鏈分裂（又名分叉或鏈重組）如何在分歧情況下工作感興趣的讀者，我建議讀讀這篇文章。
工作量證明提供了所需的安全性，并且迄今為止也被證實是好用的。但是，它非常耗能：
幾乎所有的非洲國家（多帶帶的）都比比特幣礦業消耗的電力要少
股權證明(PoS)在繼續之前，讓我把領導者選舉（選擇下一個區塊的成員）比喻為抽獎：
在抽獎中，如果Bob比Alice有更多的票，他就更有可能獲勝。
與此類似：
在工作量證明中，如果Bob比Alice擁有更多的計算能力和能量，從而可以輸出更多的工作?—?— 他就更有可能獲勝（開采下一個區塊）。
再一次，類似的：
在股權證明中，如果Bob比Alice擁有更多股權，他就更有可能獲勝（“開采”下一個區塊）。
股權證明去掉了工作量證明對于能源和計算能力的要求，并用股權替代。股權就是在一段時間內成員愿意鎖定的貨幣數量。作為回報，他們有和他們的股權成比例的機會成為下一個領導者，并選擇下一個區塊?，F在有一些幣種只用股權證明如Nxt和Blackcoin。
PoS的主要問題就是所謂的缺乏利害關系。從本質上來說，在分叉的情況下，股權持有人不是沒有在兩條鏈上持股的動機，然后就會增加雙重支出問題的危險性。想了解更多，看這里。
為了避免這種情況，出現了混合共識算法，如Decred使用的PoW-PoS組合。以太坊基金和 Casper The Friendly Ghost 以及 Casper The Friendly Finality Gadget在一起積極研究一個安全的、去中心化的股權證明協議。
總結在本文中，我們討論了工作量證明和股權證明，它們是實現了拜占庭容錯的共識算法，并在當今的區塊鏈系統中得到實際應用。其他共識算法例如實用拜占庭容錯PBFT(Tendermint)或分散式拜占庭容錯(NEO)也是存在的。想了解比較PBFT和Casper的朋友可以看這里。
原文作者：Georgios Konstantopoulos (Loom Network)
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