区块链被称为价值互联网的基石，共识机制是区块链的核心元素和区块链的魅力。作为一个受投资者欢迎的区块链项目，Filecoin的共识机制确实使人着迷。今天，星际联盟彭老师将与大家谈论Filecoin的共识机制。

什么是共识机制？

区块链的自我信任主要体现在以下事实：分布在区块链中的用户不需要信任交易的另一方，也不需要信任集中化的机构，只需要信任交易中心下的软件系统即可实现交易。

这种自我信任的前提是区块链的共识机制，也就是说，在相互不信任的市场中，每个节点达成协议的必要和充分条件是每个节点都有动机最大化自己的利益。考虑到这一点，他们将自发诚实地遵守协议中设定的规则，判断每个记录的真实性，最后将被判断为真实的记录记录在区块链中。换句话说，如果节点具有自己的独立利益并且彼此竞争，则这些节点几乎不可能合谋欺骗您，并且当节点在网络中拥有公共信誉时，则提现得尤其明显。

区块链技术使用一组基于共识的数学算法在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术认可而不是中心化信用机构来创建新的信贷创造。共识可简单理解为，不同群体所寻求的共同的认识、价值、想法等，在某一方面达成的一致意见。共识机制是确定达成和维持共识的方式。

常用的共识机制是什么？

当今的区块链共识机制可分为四类：工作量证明（PoW），权益证明（PoS），股份授权证明（DPoS）和验证池（Pool）。

1.工作量证明（PoW）：

PoW可以简单地理解为您已完成某些工作的证明。通过查看工作结果，您可以知道您已经完成了指定的工作量。最常用的区块链共识算法是PoW。比特币和以太坊都基于PoW共识机制。

例如：比特币在区块生成过程中使用PoW机制。简单的理解是，每个人都在争夺记账权利。谁先抓住它并正确完成簿记工作，谁都会得到系统的奖励，奖励是比特币，这称为“挖矿”。矿工利用计算机的计算能力来完成这项记账工作。这种具有计算能力的专业计算机就是所谓的“矿机”。

优点：

①完全分散去中心化，节点可以自由进出，避免了建立和维护集中式信贷机构的成本。

②只要网络破坏者的计算能力不超过整个网络总计算能力的50％，就可以商定网络的交易状态，并且不会篡改历史记录。

③投入越多的算力，获得记账权的可能性就越大，并且产生新的区块奖励的可能性就越大。

缺点：

①目前，比特币的开采造成了大量算力和能源的浪费。

②挖矿的激励机制也导致采矿权高度集中

③结算周期长，每秒最多7笔交易，不适合商业应用。

2.权益证明（POS）：

通过持有Token的数量和时长来决定你获得记账的机率，类似于股票的分红，股权持有者越多，分红也就越多。Token等同于区块链系统的权益。目前，许多数字资产都使用POW发行新币。

优点：

①减少工作量机制的资源浪费；

②加快计算速度，也可以理解为工作量证明的升级版;

缺点：

币龄较长的节点更有可能获得记账权的几率越大，这很可能导致马太效应，富者越富，权益将越来越集中，从而失去公平性。

3.委托权益证明（DPoS）：

这是一种从PoS衍生出的更专业的解决方案，类似于董事会投票，这意味着拥有Token的人投票给固定的节点，选举多个代理商，并且代理商负责验证和记账。与PoW和PoS不同，整个网络都可以参与记账竞争，DPoS的记账节点是在一定时间内确定的。为了鼓励更多的人参加竞选，系统将生成少量代币作为奖励，比特股就采用该方式。

优点：

与PoW相比，DPoS极大地提高了区块链处理数据的能力，甚至可以实现第秒到账，同时还大大降低了维护区块链网络安全的成本。

缺点：

分散去中心程度较弱，人为选择节点代理，公平性低于PoS。它依靠代币的增发来维持代理节点的稳定性。

4.验证池共识机制（Pool）

这是一种基于传统分布式一致性技术并结合数据验证机制的共识机制，目前已在广泛的产业链中使用；

优点：无需依赖代币即可实现秒级共识验证；

缺点：分散去中心化程度较弱，更适合多方参与的多中心商业模式；

总结：每个共识机制都不能同时满足安全性，效率和公平性。去中心化程度越弱，安全性越低，区块链速度越快;去中心化程度越强，安全性就会越高，区块链的速度越慢。 PoW完全去中心化，但其运行效率太低。 PoS可以提高效率，但会降低公平性和安全性。 DPoS具有很强的集中性，却在短期内效率最高。当前，行业区块链大规模使用Pool共识。

Filecoin的共识机制

在探索共识机制方面，Filecoin无疑是更具前瞻性和突破性的。 Filecoin创新地采用了混合共识机制-复制证明（PoRep）+时空证明（PoSt）+预期共识（EC）。其中复制证明是共识机制中的核心因素，尽管Filecoin的网络协议、共识、其他算法都基本定型，但是复制证明仍然处于不断完善的方案中。

复制证明（PoRep）是一个交互式证明系统。在此系统中，存储的提供者需要提供一个可公开验证的证明，以表明其为数据文件副本分配了唯一的空间资源，并且存储的数据是可检索的。

复制证明是新的 PoS存储证明（Proof-of-Storage）。 PoRep必须能够阻止以下三种常见的攻击方法：女巫攻击，外源攻击和生成攻击。他们的共同特点是攻击矿工实际存储的数据大小要比声称存储的数据小，这样攻击矿工就能获得本不该他获得的报酬。

女巫攻击（Sybil Attack））：使用N个身份，保证存储N份数据D，但实际上存储少于N份（例如1份），但是提供了N个存储证明，攻击成功。

外部数据源攻击（外包攻击）：当攻击者矿工收到验证者请求的数据证明D时，攻击者矿工从其他矿工生成一个证明以证明他们已存储了数据D，但没有存储，攻击成功。

生成攻击：攻击者A可以使用某种方法生成数据D。验证者验证后，攻击者A可以重新生成数据D以完成存储证明，攻击成功。

防范生成攻击很困难，所有PoS协议都会遇到此类问题。如何确保矿工实际存储这些数据？ PoRep需要解决此问题。因此，Filecoin协议使用一个名为RepGame的游戏来共同解决这三种攻击方法。 PoRes还在此基础上引入了时限性（Time Bounded）。不管采用哪种方式实现，都有很多方法可以实现PoRes协议。所有方法都必须能够防止上述三种攻击方法，并且必须能够通过RepGame游戏测试。

时空证明（PoSt）提出了一个证明链数据结构，该结构链接了一些挑战和证明。在证明链的基础上添加上时间段，这样就得到了一段时间内的矿工存储数据的证明，这就是时空证明（Proof of Spacetime，PoSt）。

PoSt可以证明在该段时间内矿工存储了特定的数据，并且利用时间戳锚定这些证明链，这样即使验证者（verifier）不在线，也可以在未来的某个时间内利用时空证明去验证该矿工生成了证明链，PoSt会被提交到链上用来产生新的Block。预期共识（Expected Consensus，EC）是在每一轮里面选举出来一名或者多名矿工来创建新的区块，矿工赢得选举的可能性跟矿工当前的有效存储（算力）成正比。Filecoin把矿工在网络中的当前存储数据相对于整个网络的存储比例转化为矿工投票权（voting power of the miner）。

无论在此周期中是否选举了一个或多个矿工，被选举的矿工都需要创建新块并将新块广播到网络。尽管链中的区块是线性的，但Filecoin区块数据结构中使用的DAG（有向无环图）可以同时生成多个区块（因此Filecoin交易比BTC更有效。这就是为什么Filecoin被称为“可能的区块链blockchain 3.0“的原因）。Filecoin率先提出的混合共识机制从根本上将Filecoin定义为一个高效，去中心化的系统，并反映了Filecoin的公平性，保密性和公开可验证性。