基于权益证明的区块链共识协议探究
摘 要：随着比特币概念的提出，数字货币开启了新的时代，其背后的区块链技术得到了各界人士的重视。而共识机制作为其核心部分之一，受到了广泛的关注，它决定了区块链的安全性、可扩展性、去中心化程度等许多重要特性。在许多的共识机制中，利用节点权益情况来竞争记账权的权益证明共识机制具有能耗低，性能较高等特点。本文主要是深入研究这一共识机制，第一，阐述了共识机制的原理，分析了共识机制的具体流程；第二，介绍了五种基于权益证明的共识机制的典型方案，包括它们的特点、性能与安全性等；第三，分析了权益证明共识机制易受到的攻击，如无利害关系攻击、研磨攻击等。最后总结了权益证明目前的发展现状，并且对其未来发展提出了展望。
关键词：区块链；共识机制；权益证明；安全
一、引言
随着2008年中本聪提出了比特币概念，比特币所采用的区块链技术得到了广泛的关注，主要原因在于区块链具有去中性化、不可篡改性以及可溯源形等特点。而共识机制作为区块链的核心，也受到了广泛关注，后来，PPCoin的提出，首次将PoS应用于区块链之中，接着出现了Ouroboros、委托权益证明等共识机制算法。区块链技术进入了新的发展阶段。PoS作为能耗低、性能较高的共识机制，意在取代传统的PoW，是目前比较热门的研究方向。
- 区块链概述
区块链从狭义上来讲是一种按照时间顺序将数据区块顺序相连形成的一种链式数据结构构，并且用密码学的方式保证不可篡改性和不可伪造性的分布式账本，本质上就是一本分布式账本，该账本通过共识机制来保证分布式节点之间账本的一致性。
区块链一般具有以下几个特点：第一是去中心化。去中心化是指网络中没有可信第三方存在。第二是去信任化。去信任化是指节点之间不需要彼此信任，通过特定共识机制能够最终达成对账本的一致认知；第三是公开透明性。在非授权网络中，所有节点可以随时加入、退出，节点能随时获取区块链的历史本数据，并接收新生成的区块。第四是不可篡改性。区块链中历史数据不能被非法篡改。第五是匿名性。可以有效保护区块链中的用户隐私数据。
- 共识机制
共识机制起源于Akkoyunlu等人提出的“两军问题”，后来中本聪将共识机制应用于区块链技术中，用来完成交易的验证和确认。区块链中的共识机制可以根据应用场景的不同分为两类:一种是授权共识机制，该网络中的节点如果想要加入，则需要通过公钥进行身份证明；另一种是非授权共识机制，该网络中的节点可以自由加入或退出网络。目前主流的共识机制包括权益证明和工作量证明都属于非授权共识机制。共识机制的主要流程大致如下：选举出块者，生成区块，节点验证更新区块。衡量共识机制的标准主要是依靠安全性、交易吞吐量、交易确认时间、去中心化程度以及能源损耗程度等。
