1. 工作(zuo)量证明（PoW）
中本聪在2009年提出的比特币（Bitcoin）是区块链技术最(zui)早的应用，其采用(yong)PoW作为共识算法，其核心思(si)想是节点间通过哈希算力的竞争来获取(qu)记账权和比特币奖(jiang)励。PoW中，不同节点根据(ju)特定信息竞争计算一个数学问题(ti)的解，这个数学问题很难求(qiu)解，但却容易对结果进行(xing)验证，最先解决这个数学(xue)问题的节点可以创建下一个区块并(bing)获得一定数量的币奖励。中本聪在比(bi)特币中采用了HashCash[4]机制设计这一数(shu)学问题。本节将以比特币采用的PoW算法为例进行说明，PoW的(de)共识步骤如下：
节点收集上一个区块产生(sheng)后全网待确认的交易，将符(fu)合条件的交易记入(ru)交易内存池，然后(hou)更新并计算内存池中(zhong)交易的Merkle根的(de)值，并将其写入区块头(tou)部；
在区块头部填写如表1.1所示的区块版本(ben)号、前一区块的哈希值(zhi)、时间戳、当前目标哈希值和随机(ji)数等信息；
表1.1 区块头部信(xin)息
随机数nonce在0到232之间取(qu)值，对区块头部信息进行哈希计(ji)算，当哈希值小于(yu)或等于目标值时(shi)，打包并广播该区块，待其他节点验证后完成记账；
一定时间内如果无法(fa)计算出符合要求的哈希值，则重复(fu)步骤2。如果计算过(guo)程中有其他节点完成了(le)计算，则从步骤1重新开始。
比特币产(chan)生区块的平均时间(jian)为10分钟，想要维持这(zhe)一速度，就需要根据(ju)当前全网的计算能力对目标(biao)值（难度）进行调(diao)整[5]。难度是对计算产生符(fu)合要求的区块困难程度的描述，在计算同一高度区块(kuai)时，所有节点的难度都是相同的，这也(ye)保证了挖矿的公(gong)平性。难度与目标值的关系为(wei)：
难度值=最大目标值/当前(qian)目标值 （1.1）
其中最大目标值和当前目(mu)标值都是256位长度(du)，最大目标值是难度为1时的目(mu)标值，即2224。假设当(dang)前难度为，算力为，当前目(mu)标值为，发现新区块的平均计(ji)算时间为，则
根据比特币的设计，每产生2016个区块后（约2周）系统会调整一次当前目(mu)标值。节点根据前2016个区块的实际生产(chan)时间，由公式（1.4）计算出调整后的难度值，如果实际时间生产小于2周，增大难度值；如果实际时间生产大(da)于2周，则减小(xiao)难度值。根据最长链原则，在不(bu)需要节点同步难度信(xin)息的情况下，所有节(jie)点在一定时间后会得(de)到相同的难度值。
在使用PoW的区块链中(zhong)，因为网络延迟等原因，当同一高度(du)的两个区块产生的时间接近时(shi)，可能会产生分叉。即不同的矿工都(dou)计算出了符合要求的某一高度的区块，并得到与其相近节点(dian)的确认，全网节点会根据收到区块的时(shi)间，在先收到的区块基础上(shang)继续挖矿。这种(zhong)情况下，哪个区块的后(hou)续区块先出现，其长度会变得更长(chang)，这个区块就被包括进主链，在(zai)非主链上挖矿的节点会切换到主链继(ji)续挖矿。
PoW共识算法以算(suan)力作为竞争记账(zhang)权的基础，以工作量作为安全性的保(bao)障，所有矿工都遵循最长链原则。新产(chan)生的区块包含前一个区块的(de)哈希值，现存的所有(you)区块的形成了一条(tiao)链，链的长度与工作量成正比，所有的节点均信任最长的区块链。如(ru)果当某一组织掌握了足够的算力(li)，就可以针对比特币网络发(fa)起攻击。当攻击者拥有足够的算力时(shi)，能够最先计算出最新的(de)区块，从而掌握最长链。此时比特(te)币主链上的区块(kuai)大部分由其生成，他可以故意拒(ju)绝某些交易的确认(ren)和进行双花攻击，这会对比特币网络的(de)可信性造成影响，但这一行为(wei)同样会给攻击者带来损失。通过(guo)求解一维随机游走问题，可以获得恶(e)意节点攻击成功的概率和算(suan)力之间的关系：
图1.1 攻击者算力与攻击成功概率(lu)
2. 权益证明（PoS）
随着参与比特币挖(wa)矿的人越来越多，PoW的许多问题逐渐显现，例如(ru)随着算力竞争迅速加剧，获取(qu)代币需要消耗的(de)能源大量增加，记账权也逐渐向聚集了大量算力的“矿池”集中[6-9]。为此，研究者尝试采用新的(de)机制取代工作量证明。PoS的概(gai)念在最早的比特币项目中曾(ceng)被提及，但由于稳(wen)健性等原因没被使用。PoS最早的应(ying)用是点点币（PPCoin），PoS提出了币龄的概念，币龄是持有的代币与持有时间乘(cheng)积的累加，计算如公式（1.4）所示。利用币龄竞争取代算力竞争，使区块链的证明不(bu)再仅仅依靠工作量，有效地解(jie)决了PoW的资源浪费问题。
其中持有时间为某个币距离(li)最近一次在网络上交易的时间，每个节点持有的币龄越长，则其在网(wang)络中权益越多，同时币(bi)的持有人还会根据币龄来(lai)获得一定的收益。点点币的设计中(zhong)，没有完全脱离工作量证明，PoS机制的记账权的获得同(tong)样需要进行简单的哈希计算：
其中proofhash是由权重因子(zi)、未消费的产出值和当前时间的模(mo)糊和得到的哈希值，同时对(dui)每个节点的算力进行了限制，可见(jian)币龄与计算的难度成反比。在PoS中，区块链的安全性随着区(qu)块链的价值增加而增加，对区块(kuai)链的攻击需要攻击者积攒大量的币(bi)龄，也就是需要对大量数字(zi)货币持有足够长的时间，这(zhe)也大大增加了攻击的难(nan)度。与PoW相比，采用PoS的区块链系统可能会面(mian)对长程攻击（Long Range Attack）和无(wu)利害攻击（Nothing at Stake）。
除了点点币，有许多币(bi)也使用了PoS，但在记账权的分配上(shang)有着不同的方法。例如(ru)，未来币（Nxt）和黑币（BlackCion）结合节点所拥有(you)的权益，使用随机算法分(fen)配记账权。以太(tai)坊也在逐步采用(yong)PoS代替PoW。
3. 委(wei)托权益证明（DPoS）
比特(te)币设计之初，希望所有挖矿的(de)参与者使用CPU进行(xing)计算，算力与节点匹配，每一(yi)个节点都有足够的机会参(can)与到区块链的决策(ce)当中。随着技术的发(fa)展，使用GPU、FPGA、ASIC等技术的矿机(ji)大量出现，算力集中于拥有大量(liang)矿机的参与者手中，而普通(tong)矿工参与的机会大大(da)减小。
采用DPoS的区块链中，每一个节(jie)点都可以根据其拥有的股份权益投票(piao)选取代表，整个网络中参与竞选并(bing)获得选票最多的n个节点获得记账权，按(an)照预先决定的顺序依(yi)次生产区块并因此获得一(yi)定的奖励。竞选成功的(de)代表节点需要缴纳一定数量的(de)保证金，而且必须保证在线(xian)的时间，如果某时刻应该产生区块的节(jie)点没有履行职责，他将会被取消代表(biao)资格，系统将继续投票选出一个新的代(dai)表来取代他。
DPoS中的所有节点都可以自主选择投票的(de)对象，选举产生的代(dai)表按顺序记账，与PoW及PoS相比节省了计(ji)算资源，而且共识节(jie)点只有确定的有限个，效率也得到了(le)提升。而且每个参与节点都拥有投(tou)票的权利，当网络中的节点足够多时(shi)，DPoS的安全性(xing)和去中心化也得到了保证。
4. 实(shi)用拜占庭容错算法（PBFT）
在PBFT算法中，所有节点都在相同的(de)配置下运行，且有一个主节点，其(qi)他节点作为备份(fen)节点。主节点负责对客户端的请求进行(xing)排序，按顺序发送给备份节点。存(cun)在视图（View）的概念，在每个(ge)视图中，所有节点正常按照处理消(xiao)息。但当备份节点检查到主节点出现(xian)异常，就会触发视图(tu)变换（View Change）机制(zhi)更换下一编号的节点(dian)为主节点，进入新的视图。PBFT中客户端发出请求(qiu)到收到答复的主要流程如图4.1所示[10] [11]，服务器之间交换信息(xi)3次，整个过程包含以下五个(ge)阶段：
图(tu)4.1 PBFT执(zhi)行流程
目前以PBFT为代表的拜占庭容错算法被(bei)许多区块链项目所使用。在联(lian)盟链中，PBFT算法最早是被Hyper ledger Fabric项目采用。Hyperledger Fabric在0.6版本中(zhong)采用了PBFT共识算(suan)法，授权和背书的功能集成到了共识节(jie)点之中，所有节(jie)点都是共识节点(dian)，这样的设计导致了节点的负担(dan)过于沉重，对TPS和扩展性有很大(da)的影响。1.0之(zhi)后的版本都对节点的功能进行了(le)分离，节点分成了三个背书节(jie)点(Endorser)、排序节点(Orderer)和出块(kuai)节点(Committer)，对节点的功能(neng)进行了分离，一定程度(du)上提高了共识的效率。
Cosmos项目使用(yong)的Tendermint[12]算(suan)法结合了PBFT和PoS算法，通过(guo)代币抵押的方式选出(chu)部分共识节点进行BFT的共识，其(qi)减弱了异步假设并在PBFT的基础上融入了锁的概(gai)念，在部分同步的网络中共识节(jie)点能够通过两阶段(duan)通信达成共识。系(xi)统能够容忍1/3的故障节点，且(qie)不会产生分叉。在Tendermint的基础上，Hotstuff[13]将区块链的(de)块链式结构和BFT的每一(yi)阶段融合，每阶段节点间对前一区(qu)块签名确认与新区块的构建同时(shi)进行，使算法在实现上更为(wei)简单，Hotstuff还使用了门(men)限签名[14]降低算法(fa)的消息复杂度。
5. Paxos与Raft
共(gong)识算法是为了保障所存储信息的准确性(xing)与一致性而设计的一套机制。在传统的(de)分布式系统中，最常使用(yong)的共识算法是基于Paxos的算法。在(zai)拜占庭将军问题[3]提出后，Lamport在1990年提出了Paxos算法用于解决特定条件下的(de)系统一致性问题，Lamport于1998年重新(xin)整理并发表Paxos的论文[15]并于2001对Paxos进行了重(zhong)新简述[16]。随后Paxos在一致(zhi)性算法领域占据统治地位(wei)并被许多公司所采用，例如腾讯的Phxpaxos、阿里巴(ba)巴的X-Paxos、亚马(ma)逊的AWS的DynamoDB和谷歌MegaStore[17]等。这一类算法(fa)能够在节点数量有限且相对可(ke)信任的情况下，快速完成分布式系统(tong)的数据同步，同时能够容忍宕机错误（Crash Fault）。即在传统分布式系(xi)统不需要考虑参与节点恶(e)意篡改数据等行为，只需(xu)要能够容忍部分节点发生宕机(ji)错误即可。但Paxos算法过于理论化，在理解(jie)和工程实现上都有着很大的难(nan)度。Ongaro等人在2013年(nian)发表论文提出Raft算法[18]，Raft与Paxos同样(yang)的效果并且更便于工程实现。
Raft中领导(dao)者占据绝对主导地位，必须(xu)保证服务器节点的绝对(dui)安全性，领导者一旦被恶意控制将造成(cheng)巨大损失。而且交易量受(shou)到节点最大吞吐量的(de)限制。目前许多联(lian)盟链在不考虑拜占庭容错的情况(kuang)下，会使用Raft算法来提高(gao)共识效率。
6. 结合(he)VRF的共识算法(fa)
在现(xian)有联盟链共识算法中，如果参(can)与共识的节点数量(liang)增加，节点间的通信(xin)也会增加，系统的性能也会受到影响(xiang)。如果从众多候选节点中选取部分(fen)节点组成共识组(zu)进行共识，减少共识节点的数量，则(ze)可以提高系统的性能。但这会降低(di)安全性，而且候选节点中恶意节(jie)点的比例越高，选出来(lai)的共识组无法正常运(yun)行的概率也越高。为了(le)实现从候选节点选出能够正常运(yun)行的共识组，并保证系统的高可(ke)用性，一方面需要设计合适的随机选举(ju)算法，保证选择的随机性，防(fang)止恶意节点对系统的攻击(ji)。另一方面需要提高候选节点(dian)中的诚实节点的比(bi)例，增加诚实节点(dian)被选进共识组的概(gai)率。
当前在(zai)公有链往往基于PoS类算法，抵押代币增加(jia)共识节点的准入门槛，通过经济学(xue)博弈增加恶意节点的(de)作恶成本，然后再在(zai)部分通过筛选的节点中通(tong)过随机选举算法，从(cong)符合条件的候选节点中(zhong)随机选举部分节点进行共识。
Dodis等人于1999年提出了可验证随机(ji)函数（Verifiable Random Functions，VRF）[19]。可验证随机函数是零知识证明的一种(zhong)应用，即在公私钥体系中，持(chi)有私钥的人可以(yi)使用私钥和一条已知信息按照(zhao)特定的规则生成一个随机数，在不泄(xie)露私钥的前提下，持(chi)有私钥的人能够向其他人证明随机数生(sheng)成的正确性。VRF可以使用(yong)RSA或者椭圆曲线构建，Dodis等人在2002年又提出了基于Diffie-Hellman 困难性问题(ti)的可验证随机函数构造方法(fa)[20]，目前可验证(zheng)随机函数在密钥传输领域和(he)区块链领域都有了应用[21]。可验证随机函数的具体流程如下(xia)：
在公有链中(zhong)，VRF已经在一(yi)些项目中得到应用，其中VRF多与PoS算法结合，所有想要(yao)参与共识的节点质押一(yi)定的代币成为候选节点，然后通过VRF从众多候选节(jie)点中随机选出部分共识节点。Zilliqa网络的新节点(dian)都必须先执行PoW，网络中的现有(you)节点验证新节点的(de)PoW并授权其加入网(wang)络。区块链项目Ontology设计的共识算法VBFT将VRF、PoS和BFT算法相(xiang)结合，通过VRF在众(zhong)多候选节点中随机选出共识节点并确(que)定共识节点的排列(lie)顺序，可以降低恶意分叉对区(qu)块链系统的影响，保障了算法的公(gong)平性和随机性。图灵奖获得者Micali等人提出的Algorand[22]将PoS和VRF结合，节点可以采用代币质(zhi)押的方式成为候选节点，然后通过非(fei)交互式的VRF算(suan)法选择部分节点组(zu)成共识委员会，然后由(you)这部分节点执行类似PBFT共识(shi)算法，负责交易的快速验证，Algorand可以在节点为诚实节点的情况(kuang)下保证系统正常运行。Kiayias等人提出的Ouroboros[23]在第二个版本Praos[24]引入了VRF代替伪随机数，进行(xing)分片中主节点的选择。以Algorand等算法使用的VRF算法为例(li)，主要的流程如下：
公(gong)有链中设计使用的VRF中，节(jie)点被选为记账节点(dian)的概率往往和其持有(you)的代币正相关。公有链(lian)的共识节点范围是无法预(yu)先确定的，所有满足代币持(chi)有条件的节点都可能成为共识(shi)节点，系统需要在数量和参与度都(dou)随机的节点中选择部分(fen)节点进行共识。而与公有链相比(bi)，联盟链参与共识的节点(dian)数量有限、节点已(yi)知，这种情况下联盟链节(jie)点之间可以通过已知的节点列表进行(xing)交互，这能有效防止公有链VRF设(she)计时可能遇到的女巫攻(gong)击问题。
7. 结(jie)合分片技术的公式算法
分片技术是数据库中的一种(zhong)技术，是将数据库(ku)中的数据切成多个部分，然后分别(bie)存储在多个服务器中。通(tong)过数据的分布式(shi)存储，提高服务器的搜索性能。区(qu)块链中，分片技术是将交易分配到多(duo)个由节点子集组成的共识组中进行(xing)确认，最后再将所(suo)有结果汇总确认的机制(zhi)。分片技术在区块链中已经有(you)一些应用，许多区(qu)块链设计了自己的分(fen)片方案。
Luu等人于2017年提出了Elastico协议，最先将分片技术应(ying)用于区块链中[25]。Elastico首先通过PoW算法竞争成(cheng)为网络中的记账节点(dian)。然后按照预先确定的规(gui)则，这些节点被分配到(dao)不同的分片委员会中。每个分片委员(yuan)会内部执行PBFT等传统拜占庭(ting)容错的共识算法，打包生成(cheng)交易集合。在超过的节(jie)点对该交易集合进行了签名之后(hou)，交易集合被提交给共(gong)识委员会，共识委员会在验证(zheng)签名后，最终将所有的交(jiao)易集合打包成区块并记(ji)录在区块链上。
Elastico验证了分片技(ji)术在区块链中的可用性。在(zai)一定规模内，分片技术可以近(jin)乎线性地拓展吞吐量。但Elastico使用了PoW用于(yu)选举共识节点,这也导(dao)致随机数产生过程及PoW竞争共识节(jie)点的时间过长，使得交易延迟很(hen)高。而且每个分片内部采用的PBFT算法通讯复杂(za)度较高。当单个分片中节点数量较多时(shi)，延迟也很高。
在Elastico的基础上，Kokoris-Kogias等人(ren)提出OmniLedger[26]，用加密抽签协议替代了PoW选择验证者分组，然后通过RandHound协议[27]将验证者归入不同分片。OmniLedger。OmniLedger在分片中仍(reng)然采用基于PBFT的共识算法作为分片(pian)中的共识算法[28]，并引入了(le)Atomix协议处理跨分片(pian)的交易，共识过程中节点之间通信复(fu)杂度较高。当分片中(zhong)节点数量增多、跨分片交易增多时，系统TPS会显著下降。
Wang等人在2019年提出(chu)了Monoxide[29]。在PoW区块链系统中引入了分片(pian)技术，提出了连弩挖矿(kuang)算法（Chu ko-nu mining algorithm），解(jie)决了分片造成的算力分散分散(san)问题，使得每个矿工可以同时在不同(tong)的分片进行分片，在不降低安(an)全性的情况下提高了PoW的TPS。
如何看待以太坊ETH2.0？我个人(ren)不是特别看好以太坊2.0。
以目前(qian)以太坊的发展情况来看，以太坊已经成(cheng)为了世界上最大的一条公(gong)链，这点毫无疑问(wen)。伴随着以太坊得进一(yi)步发展，我们会发现区块(kuai)链行业也取得了长足的进步(bu)。
一、我先讲一下关于目(mu)前以太坊的现状。
以太坊在这一次牛市(shi)中非常亮眼，换而言之，这(zhe)一次的牛市就是因为以太(tai)坊上面的应用而拉起的。目前的以太坊(fang)有几个困境：第1个困境(jing)是交易费率太高，吓跑了很多(duo)人。第2个困境是交易速度太慢，网络拥堵问题非常严重(zhong)。第3个困境是交易相(xiang)对繁琐，其他公链显然要优于以太(tai)坊。这正是以太坊需要破局的地方(fang)，当以太坊升级到2.0以后(hou)，这些问题都会相应解决。
二、以太坊2.0动(dong)了很多人的蛋糕。
这个道理非常简(jian)单，目前的以太坊是(shi)工作证明模式，也就是我们经常(chang)提到的pow模式。如果把(ba)这种模式改成pos模式，看上去(qu)确实好了很多，但这也(ye)直接伤害了很多矿工的利益。试想(xiang)一下，正是因为矿工才把以太坊(fang)推到如今的高度。如果以太坊成功(gong)过渡到了2.0，那个时候的POS模式已经不需要(yao)矿工了，矿工可能会(hui)集体出逃。
三、以太坊2.0已经失去了去中心化的特(te)征。
之所以以太坊可以(yi)做得起来，一方面跟以太坊(fang)本身的技术能力(li)有关，同时也跟以太坊(fang)的去中心化有关，去中心化(hua)不正是以太坊的核心增长(chang)力吗？如果以太坊正式升级2.0，35个以太坊的质押实在(zai)是太高了，几乎没有散户可以承(cheng)受，那个时候的以太(tai)坊会变成严重中心(xin)化的产品。虽然很多人非常(chang)看好以太坊2.0，但我觉得2.0可能会遭遇重大危机，让我们拭目(mu)以待吧。
以太坊锁显卡挖(wa)矿型号以太坊锁(suo)显卡挖矿型号？
答: 以太坊锁显卡挖矿型(xing)号213。希望可以帮到你！
以上文章(zhang)内容就是对以太坊今日消息和以(yi)太坊 消息的介绍到此(ci)就结束了，希望能够帮助到(dao)大家？如果你还想(xiang)了解更多这方面的信(xin)息，记得收藏关注本站(zhan)。
