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为何众多巨头的区块链大多不用主流的PoW、PoS而钟情于它?

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共识机制被誉为“区块链的灵魂”。一提起共识机制,很多人会立马想到 PoW、PoS、DPoS 等主流的共识机制。

编者按:本文来自白话区块链(ID:hellobtc),作者:Julia Magas,Odaily星球日报经授权转载。

共识机制被誉为“区块链的灵魂”。一提起共识机制,很多人会立马想到 PoW、PoS、DPoS 等主流的共识机制。

其实,还有一类共识机制,目前正在大规模地落地应用。它比其他“主流”的共识机制更快,可扩展性更强,并且也不需要浪费大量的能源来挖矿。它就是 PoA(Proof of Authority,权威证明)共识机制。

零售行业的市场领导者沃尔玛(Walmart),世界领先的飞机部件和集成系统制造商 GE 航空(GE Aviation),正在使用 PoA 来跟踪供应链,而互联网巨头、区块链“头号大厂铁粉”微软公司(Microsoft)已创建了完整的基于 PoA 的企业产品线。

尽管如此,这种创新的共识机制还是存在一些与加密货币的基本原则相抵触的问题,比如去中心化和匿名性。今天,我们就来深入了解下 PoA 权威证明机制,以及它的运用场景。

PoA 与其他共识算法的不同之处

PoA 共识算法与 PoW 共识算法不同,它完全不需要挖矿。在基于 PoA 共识算法的区块链网络中,所有的交易和区块均由验证人(Validator)处理。因此,相比于 PoW,PoA 无需花费大量资源来维护网络的性能,从而使此类平台的维护成本极低。

在 PoS、DPoS 共识算法中,用户拥有的 Token 数量越多,他们成为节点、负责出块的可能性就越大。而在 PoA 中,负责处理交易和验证区块的验证人,必须经过一系列的审查,必须要保证自身的可靠性。所以,PoA 的验证人非常关注自己的声誉,声誉是一项非常重要的资产,一般情况下验证人也会公开自己的身份。

下面,我们用一个简单的类比来说明下各类共识机制。

在一个自然形成的村落中,村民之间的各种交易、村里的公共基础设施开支等账目,由谁来记账呢?可以有很多种方式方法。

1、如果是由村长或是村支书一个人来记账,就属于传统的中心化记账系统。这种记账方法高效,但缺点也很明显,那就是全村人必须要完全信任负责记账的村长或村支书。如果村长或村支书作恶,篡改账本,将会给整个村庄带来损失。

2、如果将账本完全公开,村民人手一份,但记账权由全村的村民抽签决定,每人抽一支,抽到记账权的村民负责下一个月的记账并享受一定的经济回报,这就是 PoW 共识机制。谁家的人丁多,抽的签就多,抽到记账权的概率就大,这和 PoW 中谁投入的矿机多控制的算力大,谁挖出区块的概率也就越大,有相似之处。这种记账方法,整体上比较公平,但缺点是每隔一段时间(比如一个月)就要举办抽签大会,费时费力。

3、如果将账本公开,人手一份,但记账权由村民通过投票决定,谁获得的票数多,谁来记账,或者投票选出 21 名代表来负责记账。这就是区块链中的 PoS/DPoS 共识机制。这种记账方法效率相对较高,也考虑了一定的公平性,但缺点是容易形成拉帮结派、拉票现象。

4、如果将账本公开,人手一份,但记账权交由村里那些德高望重的长者来负责。负责记账的长者,有年龄限制,比如必须要 45 岁以上,60 岁以下,必须要德高望重,名声好,过去没有什么重大的污点事迹,值得村民信任等等。这就是区块链中的 PoA 共识机制,这些负责记账的长者就是验证人(Validator)。

从上面的类比中,我们可以看到,要成为 PoA 共识机制的区块链网络中的验证人(Validator),要具备很多条件,有一定的准入门槛。

所以,采用 PoA 共识机制的大部分是有准入门槛的联盟链和私有链

PoA 共识机制的优点和缺点

即便是现在,还可以看到很多人为 PoW、PoS、DPoS 等共识算法孰优孰劣争得面红耳赤、不可开交。其实,共识算法并没有那么明显的优劣之分,只有是否合适之分,适合应用场景的共识算法就是好的共识算法。

PoA 共识机制中,节点可以无限多,但验证人数量是有限的。节点主要是同步区块链账本信息,而验证人则负责验证交易、打包出块。由于验证人数量有限,PoA 共识机制的区块链在效率、可扩展性上就远远超过像比特币、以太坊这些主流的、去中心化程度高的公链。

由于存在准入门槛,PoA 共识机制在安全性上也有一定的保证。常见的安全问题,比如双花,也就是一份钱使用多次,在 PoA 共识机制中能非常容易地避免掉,因为所有的交易都是验证人进行验证的。举个例子,假设张三发起了双花,同一笔钱既转给了李四,又转给了王五,验证人在收到交易确认时,可以按照时间顺序,直接把后一笔转给王五的转账去掉,去确认转给李四的交易,从而避免张三发起的双花取得成功。

但如果验证人自己作恶,自己发动对网络的攻击或者篡改账本,就很容易对整个区块链网络造成伤害。对此,很多采用 PoA 共识机制的区块链会采用多重签名机制来避免单个验证人作恶,或者让验证人来自不同的区域、不同的利益集体,从而避免作恶。

PoA 共识机制的应用落地

PoA 共识机制的一大应用场景是物流,它涉及产品供应链跟踪以及商品、组件的验证。PoA 算法的透明性和速度使物流操作员可以实时跟踪任何产品,以最大程度地提高交付效率。

世界领先的飞机部件和集成系统制造商 GE 航空(GE Aviation),就使用了 Microsoft Azure 提供的区块链,利用 PoA 来改善零件的跟踪和维修。GE 航空数字集团的区块链负责人 David Havera 说:

“在此之前,我们不得不手动提取历史记录,记录零件的制造地点和维修人员,这花费了数月甚至数年的时间。现在,我们只需扫描一部分,就可以实时掌握相关的动态。”

零售巨头沃尔玛也已经将 MediLedger 纳入其跟踪系统,以提高供应链管理效率。MediLedger 项目使用的是以太坊区块链的企业版,通过 PoA 共识算法来跟踪药品的来源。今年 6 月 25 日,沃尔玛在报告中称,到 2020 年,通过区块链技术对产品进行的跟踪将涵盖 40% 以上的蔬菜销售额和 12.5% 的海鲜产品销售额。

此外,联合国世界粮食计划署还使用了 Parity Ethereum 网络来跟踪交货和余额结算,从而消除第三方金融服务提供商。

以太坊区块链上的著名去中心化稳定币平台——MakerDAO,就与采用了 PoA 共识算法的 POA Network 项目合作,推出了美元稳定币 DAI 的映射版本——xDai 和对应的 xDai 区块链。

xDai 区块链属于以太坊区块链的一个侧链,也采用了 PoA 共识机制,平均 5 秒出块。xDai 区块链解决了 DApp 的费用无法与美元进行锚定的问题,因为使用以太坊上的一些 DApp,用户需要支付 ETH 或特定的 ERC-20 Token,而 ETH 和 ERC-20 Token 的价格波动大。有了 xDai 区块链,DApp 可以运行在 xDai 区块链上,使用稳定币 xDai 作为结算工具。

小结

尽管基于 PoA 的区块链放弃了去中心化的原则,但各种案例表明,该算法可以在面向企业的环境中成为一个很好的工具。

来自 Ethereum Express 的 Miller 评论道:

“由于大多数区块链网络的分散性质,权益证明共识算法(PoS)并不总是适用于某些企业和公司。相比之下,基于 PoA 的系统可能是代表私有区块链的最佳解决方案,因为该算法的性能明显更高。”

来自微软的 Kaushik 持相同观点,并补充说将 PoA 集成到其流程中的公司“具有兼容性,同时仍保持有效的多方协作的优势,虽然这会失去一定程度的权力下放。”

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