5、区块链共识算法研究：原理、应用与性能分析

区块链共识算法研究：原理、应用与性能分析

1 背景知识

1.1 无许可区块链

无许可区块链类似于 20 世纪 80 - 90 年代创建的互联网，允许任何人访问数据、创建数据、编写智能合约并运行代码以参与网络。它具有 100% 的透明度和较高的匿名性，是一个公开社区，公众拥有所有权。任何人都能创建区块并使用复杂算法，但这也带来了性能和可扩展性方面的挑战，因为需要巨大的计算能力。不过，它是提供完全去中心化、分布式和安全数据库的最佳选择，像比特币、以太坊等加密经济业务采用的就是无许可区块链框架。

1.2 许可区块链

许可区块链定义了一个封闭的生态系统，所有参与者都是预先确定的，只有预先批准的实体才能运行节点。它提供多层信息共享功能，适用于私有社区。私有社区可以决定所需的去中心化和透明度级别，具有配置灵活性。无需挖矿来验证交易或执行智能合约，创建了一个基于信任的系统，没有匿名性，因为所有用户身份都经过预先批准，且运行节点没有代币。这些优势使得它在低计算应用中具有高性能，能够实现可扩展的网络，例如超级账本框架。

1.3 共识算法

区块链网络运行的基础是参与者之间达成某种共识，共识可以通过修改或添加新块，或者验证两个参与者之间的交易来实现，在点对点网络中达成对网络状态的一致认可。共识算法主要分为两类：
- 基于证明的共识算法 ：如工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）、权威证明（PoA）。
- 基于投票的共识算法 ：执行该算法时，网络内的节点需要是已知且可调整的，以便轻松交换消息。与基于证明的共识算法不同，节点通常可以自由加