区块链的共识机制.pdf

区块链的共识机制

区块链的共识机制

随着互联网技术的高速发展，国际社会对于信息传输效率和信息

安全性的要求日益提高。而区块链的出现，则是近年来互联网技术创

新中最具有代表性的应用之一。其最初的应用是比特币的数字货币系

统，以其去中心化的特点，保障了数字货币的交易安全和信息无法篡

改的特性。其后，区块链技术广泛应用于金融、政务、供应链等领域，

由于区块链的透明性、不可篡改性、快速成熟的生态系统等特点，越

来越受到广大人民群众和各行各业的青睐。作为区块链最核心的技术

之一，其共识机制对于区块链技术的应用至关重要。

一、背景

1.1区块链的特点

数学和密码学技术使得以去中心化方式支持可信任交易账本的区

块链技术成为了金融、供应链、网络安全等众多领域的热门话题。目

前区块链技术被广泛应用于各个领域，如虚拟货币通信、金融结算、
公认证、溯源追踪、产业协同、数字身份验证、社交媒体、物联网、

物品共享、智能城市等方面。

区块链的主要特点可以概括为以下五点：

1）去中心化

区块链技术最核心的特点就是去中心化。传统的中心化系统往往

存在监管失败、黑客攻击等问题，也存在单点故障和别人控制风险。

相比之下，区块链技术可以通过去中心化的方式来解决这些问题。去

中心化的区块链系统不仅允许更好的安全和保密性，还能消除不必要

的第三方和更快的交易速度。

2）智能合约

智能合约是区块链技术的另一个关键特性。智能合约是一个创新

的方法，用于对数据、数字权利和资产进行智能计算、监测和管理。

在智能合约系统下，两方可以在不需要第三方的情况下进行交易，同

时智能合约还可以自动执行合同中的条款，避免了合同纠纷的问题。

3）可编程
区块链技术是可编程的，开发者可以通过编写智能合约的方式来

实现特定的功能和应用，增加系统的可拓展性、适用性等。

4）匿名性

在区块链系统下，个人身份信息是匿名的。区块链通过公共的，

可验证的全局状态记录来执行操作，即执行多个潜在的验证者在节点

上运行的同等程度的技术，并将其以安全和保护隐私的方式整合进系

统。

5）安全性

区块链技术的不可篡改性是其最大的特点之一。区块链技术使用

了加密算法，数据被加密后，只有经过正确的解密才能看到明文数据。

同时，为了避免双花、交易冲突等现象，区块链需要保证节点之间的

信任性和安全性。

1.2区块链的共识机制

区块链技术是一种去中心化、分布式的结构，没有一个节点或团

体可以单独控制该系统的运行。那么当其中一个节点执行交易时，其
他节点应该如何验证这个交易的有效性，从而保证交易在区块链上被

有效存储？这就需要区块链的共识机制。

共识机制是区块链系统的关键技术之一，其主要目的是保证所有

的节点彼此之间都能达成一致的交易状态，保证交易的有效性和安全

性，同时也能够快速地确定新区块的加入顺序。共识机制是通过一种

共同的方式来选出区块链网络中哪个节点可以添加下一个区块。在共

识算法中，各种节点在网络上达成基于多方审查的共质方式来验证交

易并添加区块。

二、共识机制概述

2.1定义

共识是区块链社区的基本概念。区块链的共识机制可以定义为各

种基于数学和密码学技术的解决方案，用于确保多个节点之间共同维

护区块链账本中的数据一致性和可信度。共识算法是一组计算公式，

形成了区块链的安全规则，而这些规则往往是基于原有规则的扩展创

新，因此在区块链技术的应用中扮演着至关重要的角色。

2.2应用场景
在区块链技术的应用中，共识机制至关重要。共识机制能够在保

证交易正确性和安全性的前提下，在区块链网络中合理分配资源，降

低交易成本，提升交易速度和用户体验，因此各种区块链行业的应用

都需要合理的共识机制的支撑。

例如，当区块链技术应用于虚拟货币时，需要实现一个公平且高

效的共识机制以保证交易的安全和可信度。当区块链技术用于金融、

政务、物联网等场景时，他们需要一个可以处理大量复杂交易的共识

机制，并且该机制应该保证合约性质的正确执行。当区块链技术用于

供应链溯源、券商等领域时，合适的共识机制应该确保数据的准确性、

唯一性。

三、共识机制分类

3.1POW(Proofofwork）

Proofofwork，中文直译为工作量证明，是区块链共识机制中一

个最古老、最常见的机制。比特币就是采用的POW共识机制。

在采用POW共识机制的区块链系统中，每个参与节点都需要通过

解决一个复杂的数学计算问题来证明自己对网络做出了贡献，进而获
得新的区块奖励。这个计算过程就是所谓的挖矿，计算时密集计算和

大量算力会在网络中生成新的区块。这也就是比特币挖掘所需的雄厚

算力。从而保证了POW算法被称为“工