31、区块链共识算法全解析

区块链共识算法全解析

1. 区块链共识模型概述

为了支持公共区块链，共识算法必须能在开放、动态且庞大的系统中运行，任何节点都可以随时加入或离开。当前，比特币网络有超过10000个挖矿节点，以太坊网络也有超过5000个挖矿节点，传统的共识算法无法在如此规模的网络中运行。

公共区块链共识模型有两个关键要素：
- 谜题设计 ：用解谜竞赛取代传统基于投票的解决方案。谜题设计的本质是证明对某些有价值资源的拥有权。
- 冲突解决机制 ：由于解谜竞赛具有概率性，无法保证达成共识，当出现不一致时，需要额外的机制来选择唯一的提议值。

2. 谜题设计的要求

谜题设计需具备以下特性：
1. 不可预测性 ：解谜过程必须是随机的，给定解谜目标，无法预测什么输入能满足目标，只能尝试不同输入。例如在工作量证明（PoW）中，定义了难度目标，矿工要找到合适的随机数，使新块头的哈希值小于目标难度。
2. 新鲜度 ：强调没有人能比其他人更早开始解谜。对于区块链，输入必须包含新块的信息，不能重复使用之前挖矿的资源。
3. 非可逆性 ：谜题难以求解，但验证容易。一方面，难度要高到矿工平均需要一个块间隔的时间来求解；另一方面，新块的验证必须高效，否则矿工将缺乏验证新块的动力。
4. 非交互验证 ：考虑到网络规模，每个新块有一个解谜者和数千个验证者，验证过程必须是非交互的，否则会影响系统的可扩展性。
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