据库，密码学涉及理论，共识机制和P2P网络。本文将详尽探究目前主流的区块链共识算法。

共识算法与CAP理论要探究共识算法，首先就必须理解计算机中的CAP理论。CAP是由Eric Brewer在2000年PODC会议上，明确提出分布式系统无法同时几乎符合三个拒绝的假设,其中还包括以下三个方面:· Consistency：一致性，是所指在分布式系统中的所有数据备份,在同一时刻否具备某种程度的值。

· Avaliability：可用性，是所指在集群中一部分节点故障后，集群群体否还能号召客户端的读取催促。· Partition tolerance：分区容错性，以实际效果而言，分区相等于对通信的时限拒绝。

系统如果无法在时限内达成协议数据一致性，就意味著再次发生了分区的情况，必需就当前操作者在C和A之间作出自由选择。和所有的分布式系统一样，区块链共识算法设计也是在权衡上面的三个因素。

假设区块链中的节点需要立刻证实交易数据，这就符合了CAP理论中的AP,可⻛险要是丧失了数据的强劲一致性，因为其他节点有可能弃置这个区块，因为区块所在的区块链末端在竞争性的议会选举中告终了；如果是为了取得强劲一致性，即符合CP的话，那么客户端应当等候区块链中的大多数节点都拒绝接受了这笔交易后才能确实的接管它，这说明了这笔交易所在的末端早已议会选举胜利，取得了大部分的共识，取得了强一致性。但是代价毕竟丧失了可用性。

那么为什么没CA这种情况呢?首先在分布式环境下，网络分区是一个大自然的事实。因为分区是必定的，所以如果抛弃P，意味著要抛弃分布式系统，那这也就没适当再行辩论CAP理论了。所以在上述中，我们以系统在符合P的前提下，探究了CP和AP两种情况下的得与失。

主流的共识算法阐述目前业界主流的区块链共识算法有工作量证明POW，权益证明POS，许可股权证明DPOS，用作Hyperledger的拜占庭算法PBFT等。下面将对这几种共识的典型代表展开介绍。工作量证明POW工作量证明POW(Proof-of-work)在区块链中最先被提到的是，2008年中本聪的比特币白皮书论文《A peer to peer electronic cash system》，并随后在2009年应用于到比特币(Bitcoin)中。

该共识算法的设 计理念是整个分布式系统的节点中，每个节点为整个系统获取计算能力(全称算力),通过一个竞争机制， 让计算出来工作已完成伟大的节点取得系统的奖励，从而已完成新的分解货币的分配。POW工作量证明必须符合三个要素，分别是：· 工作量证明函数在比特币中用于的是SHA256函数，是密码哈希函数家族中输入值为256位的哈希算法。· 区块在区块中不会利用到merkle算法，将交易以树根的形式展开人组，然后两两展开哈希运算，当为奇数的时候则多算上最后一个交易展开补足。

依序展开以叶子节点向六根节点的运算，并最后获得根节点的hash值。包括在区块头中。

· 可玩性值可玩性值配置文件是每2016个区块调节一次(大约2周)。可玩性系数 = 希望2016个区块分解所有的时间 / 实际所用的分钟数 = 20160 / 实际所用的分钟数如果矿工可以比预期更慢的建构区块，比如9分钟出有一个块，套用公式：可玩性系数 = (2016 * 10) / (2016 * 9) = 1.11每个节点用于这个数值来计算出来下一个阶段2016区块的可玩性值：Difficulty * 1.11 = new Difficulty如果系数小于1(即区块出块速度小于预期)，可玩性值将提升;如果系数大于1(即区块出块速度大于预期),可玩性值减少。POW工作量证明的流程如下:从流程图中可以显现出，POW工作量证明的流程主要经历三步:· 分解Merkle根哈希· 装配区块头· 计算出来出有工作量证明的输入在这里，我们以伪代码的形式去解读工作量证明的输入:i. 工作量证明的输入 = SHA256(SHA256(区块头 + 更改的随机数))ii. if (工作量证明的输入 = 目标值),更改随机数，迭代i的逻辑，之后与目标值核对。iii. if (工作量证明的输入 = 目标值),更改随机数，迭代i的逻辑，之后与目标值核对。

最后，分解的合乎可玩性的区块，将通过P2P传送到比特币的全网络节点并接管，加到到原先区块链的尾部。由此，我们可以看见POW主要是通过CPU的算力来确保全网的共识安全性。

权益证明POSPOS(Proof of Stake)即权益证明机制，最先经常出现在点点币的白皮书中，其核心思想是将货币持有人的数 目和持有人的时间总计作为被选为共识节点的资本。POS权益证明的运作主要包括两部分:检验在整个区块链网络中，参与者不会把他们的代币投给他们指出有效地的区块，如果他们跟网络中的大部分参与者达成协议完全一致，就可以取得和他们代币成正比的奖励；而企图作弊则要冒着丧失保证金的⻛险要，例如同时给两个有所不同的区块投票。

在POS中，金钱即力量；POS拒绝参与者将他们的网络代币作为安全性保证金，使其与网络利益达成协议完全一致， 而不是通过消耗电能来修整网络安全。

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