浅谈区块链的分布式系统和共识机制

区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，它本身就是一种新型的分布式系统，极大地推动了分布式计算的发展。 了解分布式系统如何工作，了解共识机制如何使人们在去中心化网络上达成共识，让我们真正了解区块链技术的创新和未来方向。

1、什么是分布式系统？

分布式系统是通过网络进行通信，使用多台服务器协同完成计算任务的系统。 是提高业务能力的基本手段。 通过使用更多的服务器比特币区块链的经济机制包括，解决了单台服务器无法同时承载大量用户的问题。 使用问题。

2. 分布式系统的优势与挑战

分布式系统的优势

与集中式系统相比，分布式系统有四大优势：

1、性价比更高

随着技术的发展，小型 CPU 越来越便宜，这使得在分布式系统中使用多个廉价 CPU 比使用单个大型 CPU 更具成本效益。

2.总算力更强

单个CPU的性能还是有一定限制的，但是使用分布式系统我们可以获得比单个CPU更强的总计算能力。

3.固有分布

有些应用本身就是分布式的，所以需要一个分布式系统来满足需求。

4.系统更可靠

一旦单个 CPU 出现故障，将 100% 关闭，但在分布式系统中，如果一台机器出现故障，其他机器不会受到影响，因此分布式系统更可靠。

分布式系统虽然有很多优点，但也面临着很多挑战：

1.异构机器和网络协调困难

分布式系统中的机器可能配置不同，运行的语言和架构也不同，因此每个节点的处理能力不同。 同时，由于每个节点都通过网络相连，不同运营商的网络情况也不同比特币区块链的经济机制包括，导致如何协调众多机器共同完成目标成为了一个很大的挑战。

2、独立进程故障

实际上，每个过程都有一定的失败概率。 虽然单个进程的失败概率很低，但由于分布式系统中节点数量众多，失败概率会随着节点数量的增加而增加。

因此，分布式系统需要挑战的是如何监控各个节点，以保证在出现故障时转移节点的任务，避免独立进程故障对整个系统的影响。

3.网络不可靠

在分布式计算机系统中，事件的时间和顺序是一个很大的障碍。

不同的节点通过网络连接起来，但是网络并不可靠，我们无法确定网络是否会出现延迟、乱序等问题，而这些问题都会极大地影响最终的结果。

一般来说，分布式系统的挑战来自于各种不确定因素。 流程和节点的增加导致不确定性概率的增加。 如何保证系统在诸多不确定因素下仍能正常运行，是分布式系统必须要解决的问题。 要解决的问题。

3. 分布式系统中的共识问题

为了保证分布式系统的不同节点能够统一，我们需要引入共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特殊节点的投票，在极短的时间内完成交易的验证和确认； 对于一笔交易，如果几个利益不相关的节点能够达成共识，我们可以认为全网共识也可以就此达成共识，即可以统一不同情况下的各个节点。

4. 共同共识机制

共识机制是区块链技术的重要组成部分。 区块链技术通过一套基于共识的数学算法在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化的信用机构进行全新的信用。 信用创造。

今天的区块链共识机制可以分为三类：工作量证明机制、权益证明机制和共享授权证明机制。

工作量证明机制PoW（Proof of Work）：

工作量证明机制是工作量的证明。 在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机散列哈希的数值解来竞争记账权，并获得正确的数值解生成区块的能力。节点计算能力的具体体现。 就像“按劳取酬”一样，你付出多少，就得到多少回报。

工作量证明的优点：

它具有完全去中心化的优势，理论上实现了相对公平。 每个节点都可以自由进入和退出，并有机会做出贡献并获得奖励。 同时，破坏系统的代价也很大。

PoW 的缺点：

基于工作量证明机制的挖矿行为造成了大量的资源浪费。 目前达成共识所需的周期也较长，不适合商业应用。

同时，由于市场的逐利性，为了获取更多利润，人们开始建立中心化的矿池和矿场，背离了去中心化的初衷，网络安全逐渐受到威胁。

股权证明机制PoS（Proof of Stake）：

与要求证明者执行一定数量的计算工作不同，权益证明要求证明者提供一定数量的 Token 的所有权。 权益证明机制的运行方式是，当一个新的区块被创建时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预设的比例发送一些Token给矿工自己。

也就是说，你的挖矿收益取决于你持有的Token数量和持有时间。 你持有的越多，你的收入就越大。

权益证明的优势：

与 PoW 相比，它更节能，不需要消耗大量能源进行挖矿。

PoS根据每个节点拥有Token的比例和时间，按照算法按比例降低节点的挖矿难度，从而加快随机数的搜索速度，一定程度上减少达成共识的时间。

同时，和 PoW 一样，破坏系统的成本也比较高。

PoS的缺点：

在 PoS 模式下，Token 只能通过融资方式发行，不能保证持有者不会因为利息而被诱惑抛售。 同时，这种模式的信用基础还不够牢固，没有从根本上解决难以应用到商业领域的问题。

DPoS（委托权益证明）：

共享授权证明机制是保障网络安全的一种新的共识机制。 与董事会投票类似，该机制内置实时利益相关者投票系统。 所有节点投票选出一定数量的节点代表，代表所有节点确认区块，维护系统的有序运行。 同时，区块链中的所有节点都拥有随时罢免和任命代表的权力。

DPoS 的优势：

大大减少了参与验证记账的节点数量，降低了能耗，大大缩短了共识验证所需的时间。

同时，通过全节点投票选出节点代表的机制，理论上比 PoW 和 PoS 更去中心化，不易被操纵。

DPoS 的缺点：

DPoS理论上更去中心化，但由于大部分节点由于各种原因没有积极性或不便投票，导致共识掌握在少数节点代表手中，无法及时应对部分节点代表的作恶行为。 安全风险。

结合以上内容，我们可以发现，目前的共识机制并不完善，在应用场景上存在一定的局限性。

融数链认为：区块链共识机制仍处于不断发展演进的过程中。 现在需要结合实际应用场景，选择合适的共识算法，并根据实际需要进行改进，逐步解决区块链的使用难点。 商业领域的问题。