共识机制有哪些？完整认识区块链里的共识机制

如果一群朋友假日出游，要吃什么餐厅、看什么电影，每个人可能都有不同意见，这时候大家需要透过表决决定，最终获得最多人选择的项目，就会是后续吃饭、看电影的共识。

区块链的世界中，如何确保所有参与者可以针对交易、数据等达成共识，同样需要一套机制，这套机制就是所谓的「共识机制」。

共识机制是什么？

共识机制（英文：Consensus Mechanism）是运作在分散式系统或区块链网路中，目的是让所有节点的参与者，对于链上的数据或交易的正确性可以达成共识，这套机制可说是区块链技术的核心元素，确保网路中的数据不会被任意窜改，相关交易纪录确保安全性。

若我们以中心化的银行为例，基本上是只由银行方确认个人的存款、提款、转帐纪录是否正确；但在去中心化的区块链网路中，则是没有单一中介权威单位会控制或是验证交易，而是透过网路中的节点来做验证，确保交易纪录的真实性。

以太坊（Ethereum）官方网站解释，共识机制可以确保网路的节点对于交易的真实性、准确度等可以达成共识。

共识机制的历史

共识机制的历史跟区块链技术密切相关，随着区块链的发展，共识机制也不断演进。这些机制的目的是确保区块链网路中所有节点对交易数据达成一致，并维持系统的安全性和去中心化。

专注在财务投资资讯的网站 Investopedia，整理出共识机制的发展历史。

1980 年代到 1990 年代：集中式资料库 随着电脑和网路的普及，出现共享资料库允许使用者们从不同地方存取资料。这些资料库主要都是集中式的，由特定管理者控制并维持资料的完整。

1990 年代中后期：分散式储存与处理 部分共享资料库，进化成把储存和处理能力分散到不同地点的装置。这时候出现了如何防止资料篡改和未经授权存取资料的问题，且开始出现如何自动化来管理分散式资料库。

分散式自主共识的出现 为了解决资料库状态一致性的问题，创造了分散式自主共识。这种方法依赖加密技术，通过生成杂凑值（hash）来验证资料的完整性。杂凑值只会在改变输入资料时发生变化，因此可通过比较杂凑值来确保资料没有被修改过。

2008 年：比特币与中本聪的贡献 虽然早期有许多人致力于共识机制的研究，但比特币创始人中本聪（Satoshi Nakamoto）在 2008 年发表的白皮书被广泛认为是现代区块链共识机制的基础。例如，比特币使用的工作量证明机制（PoW）解决去中心化环境下的共识问题。

共识机制为什么对区块链发展很重要？

共识机制在区块链技术中扮演着非常重要的角色，是用来保障区块链的网路安全、可靠性和去中心化的核心。我们整理出共识机制重要的几个原因：

维持去中心化

确保数据一致且具备可靠性

防止重复支付和诈骗

提高网路安全性

区块链的核心理念是去中心化，IT 业者网站 Zfort Group 指出，共识机制可以让节点参与共识过程，不仅确保不需要有中央权威单位介入，也可以透过分散式的决策模式让区块链保持透明与开放的特性，促进去中心化。

透过共识机制验证，可以确保所有节点拥有相同的版本内容，维持数据一致性跟可靠性。此外，共识机制也可以在区块链上避免发生重复支付的问题，网路中的节点可以验证每笔交易的唯一性，防止同个加密货币被多次花用，避免运用于网路诈骗。

提供加密货币相关服务的平台 Crypto.com 说明随着技术演变，共识机制也演变出工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）等不同设计，防止恶意攻击者控制区块链网路，这些设计透过要求参与者投入电力，或加密货币币等资源来做验证，从而让攻击区块链变得昂贵且难以实现，降低攻击成功的可能性。

共识机制有哪些？

共识机制是区块链系统的核心，确保所有节点中相关交易数据具备一致性，以下介绍一些常见的共识机制类型。

1. 工作量证明（Proof of Work，PoW）

PoW 是最早使用的共识机制，PoW 要求参与者（矿工）透过运算解决复杂的数学问题来验证交易，并产生新的区块。PoW 这类共识机制的优点，就是高度去中心化与具备安全性，实际应用案例包含比特币、狗狗币、莱特币等加密货币

但因电脑运算需要大量电力，而出现耗能大，对环境较不友善等缺点，以及较多人使用时可能速度较为缓慢、需付出较高额的 Gas fee（矿工费）。

2. 权益证明（Proof of Stake，PoS）

PoS 是透过持有和质押加密货币来选择验证者，而非依靠运算能力，因此持有更多代币的人有较高机会被选择来验证交易。

PoS 的优点就是即不会那么耗能，但缺点就是加密货币多的人比较有机会参与验证，导致 PoS 可能没那么去中心化。应用案例包括 2022 年后以太坊（前期是使用 PoS）和 Cardano。

3. 权益委任证明（Delegated Proof of Stake，DPoS）

DPoS 是 PoS 的改进版本，允许网路参与者透过投票选择「代表」来进行验证。这提高系统的效率和速度，但缺点是可能也有中心化的风险，因为少数代表可能掌控较多的权力。DPoS 被应用在如 EOS 和 Tron 等项目中​。

加密城市这边将最常见的这 3 种共识机制，整理比较表格如下：

特性工作量证明 PoW权益证明 PoS权益委任证明 DPoS耗能高低需进行数学运算，高耗能相较 PoW 节能最节能安全性安全性高，但易受到 51% 攻击安全，但对于持有加密货币较多者可能具备中心化风险安全，但对于选出的代表也可能衍生集中化风险去中心化高度去中心化较低较低共识过程矿工透过解决复杂的数学难题来验证交易验证者根据质押的代币数量来被选为验证交易由网路参与者来选出代表人士来负责验证交易主要应用案例比特币、狗狗币、莱特币2022 年后的以太坊、CardanoEOS、Tron

资料来源：Crypto.com、Zfort Group、Built In

图源：《加密城市》制图 共识机制有哪些？

上面 3 种共识机制是目前最为常见的共识机制，以下则另外说明其他的3种共识机制，分别为权威证明、燃烧证明与历史证明。

4. 权威证明（Proof of Authority，PoA）

PoA 这类方式是根据验证者的声誉来选择验证者，而非拥有的数位资产。专注科技内容的网站 Built In 指出，在 PoA 这个机制中，通常会经过背景检查等审核过程，也因为具备高度效率而受到私有链的青睐，通常应用在企业环境中，像是金融业的摩根大通 JPMCoin 跟供应链管理平台 VeChain 皆是使用 PoA 共识机制。

5. 燃烧证明（Proof of Burn，PoB）

提供加密货币相关服务的平台 Crypto.com 表示，PoB 会要求参与者「烧毁」一定数量的代币来获得验证区块的权力，这也意味着代币会永久销毁、无法再使用。PoB 被视为 PoW 的节能替代方案，适用在专注于数据管理和安全的区块链平台 Factom 上。

6. 历史证明（Proof of History，PoH）

PoH 是一种比较新的共识机制，主要目的是提高区块链效率。Crypto.com 说明，PoH 依赖时间戳记技术来排序事件，使网路能以更快的速度验证交易，目前仅 Solana 应用，但还没有大规模测试。

共识机制的未来

整体而言，未来的共识机制将会更加多样化，注重能源效率、去中心化、安全性和隐私保护。新的共识机制也会持续演进，以满足不同应用场景的需求。

随着全球对环境保护的关注日益增加，现有的共识机制，特别是工作量证明（PoW）因其高能耗问题而受到广泛批评。未来的共识机制将会更加注重能源效率，减少耗能成为发展的重点方向，这将有助于应对环保挑战并提高技术的可持续性。

未来的共识机制将致力于在去中心化和安全性，这两者之间取得更好的平衡，防止大规模持币者或少数验证者对网络的过度控制。Built In 说明，像权益证明（PoS）这样的机制可能会通过增加随机性或引入社群参与的验证方法，来减少「大户集中」的风险，从而实现更高程度的去中心化与公平性。

随着技术的进步，共识机制未来可能会采用混合模式，以结合不同机制的优点来达到最佳效果。Zfort Group 也指出，将工作量证明（PoW）与权益证明（PoS）结合的混合共识机制，已在部分区块链项目中开始应用，这种方式既能保持安全性又能提高效率。

随着区块链技术应用范围的扩大，未来的共识机制将会更加专业化，针对不同的应用场景设计相应的解决方案。像是物联网（IoT）等应用可能会需要低延迟、高效率的共识机制；而金融类应用则会更强调安全性和数据的不可篡改性。这样的发展将使共识机制更加灵活，能够满足各行各业不同的需求。