「区块链从入门到精通」:共识漫谈之POW机制 | 第9讲

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POW的流程和多向拔河很相似,多向拔河的游戏规则和普通拔河类似,大家努力地将绳子往自己的方向拉,哪方能把标识拉过线,哪方就能获得胜利。

在前一讲中给大家讲了拜占庭将军问题,并由此引出了多方如何达成共识,即多方如何达成一致。

自然界对共识机制的认识可能比我们想象的要早。比如,包括我们人类在内的许多群居哺乳动物都有选出领导的本能,无论是用拳头,利齿还是选票,我们好像天生就会这样做。

共识机制被称为区块链的核心引擎,这也证明了共识机制在区块链项目中的重要性。在区块链的共识中,我们常听到POW,POS以及DPOS等共识机制。听到这些名词,有一部分朋友已经开始头大了。不要害怕,通过这堂课,我给大家分享一套思维方法,揭开那些看似神秘的共识算法,探究他们究竟是什么。

先来看看人气最高的POW,即工作量证明。

相信大家都看过拔河比赛吧?应该也有不少小伙伴还参加过拔河比赛,除了经典的两方拔河,还有三方甚至四方拔河比赛,统称为多向拔河。多向拔河的游戏规则和普通拔河类似,大家努力地将绳子往自己的方向拉,哪方能把标识拉过线,哪方就能获得胜利。POW的流程和多向拔河很相似,矿工也会像拔河比赛一样去竞争,不过拔河比拼的是体力,而POW则是比拼算力去解一道数学难题。如同拔河比赛中力气大体力足的一方更容易获得胜利,POW中算力强的一方也更容易获得奖励。

这样,大家应该对POW的流程有了一个大概的认识。

再来补充一个知识点,前面说的那个数学难题是什么意思?

这里用一个简单的例子来做类比,解数学难题的过程,好比掷骰子游戏,玩家们约定好,例如连续10次掷出了10个六的人可以看一下答案,不过这里掷骰子不需要你用手去掷,而是计算机通过消耗算力实现的。

再来看看POW的奖励机制,在前面的课程中我们也讲到了,玩家们之所以愿意玩这么无聊的游戏,在于POW规定第一个得到答案的人会获得奖励。但是如何证明你就是第一个得到答案的人呢?简单来说,当你连续10次掷出了10个六,你需要赶紧通知大家,快看,我掷出来了,其它玩家检查验证没有问题之后,就会认可你的劳动成果。

可以看出,现实中的拔河比赛,力气大体力足的人肯定会赢得比赛,但是POW机制中不是简单的算力比拼,还加入了一定的随机性,随机性就体现在掷骰子有一定的运气成分。当大家算力都差不多的时候,整个系统会相对稳定且公平。

我们分析了POW共识流程,POW的数学难题和POW的奖励机制,上边这种层面的分析,在其他地方可能也能听到,虽然并无太大问题,但他们却都停留在问题的表面。好了,让我放慢语速,下面所说的是本堂课的重点,也是你在其他地方听不到的内容,希望大家能记住。

下面给大家讲解一套思维方法,用于帮助大家理解共识机制的特点。

如同前面所说,共识问题的本质即多方达成一致的问题。比如选领导这件事情,需要多方达成一致。所以想要达成一致,我们首先要分析的是“多方都是由谁组成的”这个问题。

针对这个问题,我们会从两个层面去分析。一是判断这个”多方“中是否有坏人,二是判断这个“多方”是竞争关系还是合作关系。

我们以大家熟知的比特币和以太坊项目为例,它们目前都还在使用POW共识机制。作为公链项目,我们都知道它们的矿工身份都是匿名的,这会带来一个很难解决的问题。因为这意味着没有办法保证系统中全是好人,总会有坏人存在的可能。这就回答了“多方都是由谁组成的”这个问题,POW的多方指的是矿工们,矿工中可以有好人和坏人,而POW是一种可以容忍坏人的共识。

同时,这些区块链项目都有一个特点,也是被许多人提及过的,就是哪怕系统只剩一个矿工节点,系统也不会停止,具有非常强悍的生命力。如同美国漫威电影《复仇者联盟2:奥创纪元》中的奥创一样,具备超强的创伤愈合能力。只要还剩几个矿工节点,就可以依托互联网再次恢复。那这套系统是如何运作的呢?如同我们上边所举的例子,POW的奖励机制是通过引入竞争机制,随机分配获得奖励的权力,只有第一名才有奖励,所有人只有通过竞争才能获得奖励。这就得到了POW的另外一个特点,POW是一种竞争模型的共识。

由此,我们已经用我们的思维方法分解了POW。可以得出结论,POW是一个可以容忍坏人的竞争模型的共识算法。

那么分析出这个结论有什么意义呢?

我们进行更深一层的思考,回到上边的例子,一群人通过掷骰子找到数学难题的答案,但每次究竟有多少玩家参与掷骰子游戏?这些玩家是不是以前参与过?他们下一轮还会不会继续参与?这些问题都没有提及。为什么?因为在POW机制中,这些问题已经不重要了。通过竞争模型,POW让系统在任一时刻,无论当时是10个矿工节点还是10万个矿工节点,系统都可以持续运行而不中断。

由此,可以得出POW的另外一个特点,无准入机制。也就是说,任何矿工可以选择随时加入系统,也可以选择随时退出系统。

好了,总结一下我们今天学习的内容。今天一共给大家讲了5个知识点:

首先是通过多向拔河比赛类比了POW的共识流程。

然后用掷骰子游戏的例子解释POW的数学难题。

第三个知识点描述了POW的奖励机制。

第四个,也是最重要的知识点,给大家分享了一套思维方法,并对POW作了分解,得出了结论,POW是一种可以容忍坏人的竞争模型的共识算法。

第五个,基于前面的知识,得出POW的另外一个特点,无准入机制。

最后,恭喜你完成《区块链入门到精通》第9讲的学习。


「区块链从入门到精通」:拜占庭将军问题 | 第8讲

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