【区块链基本技术】五大问题读透PoA共识算法：它与PoW、PoS比起来如何？

数字货币 · 发表于 2021-6-18 09:06:08

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　　本文将回答以下问题：什么是权威证明（PoA）？它如何工作？有何利弊？哪些区块链使用PoA？PoA与PoW、PoS比起来呢？

　　自2009年比特币问世以来，加密货币领域有了翻天覆地的变化。除了众所周知的PoW算法和PoS算法之外，还有其它在区块链内部达成共识的可替代机制。PoA（权威证明）算法的出现绝非偶然，因为上述算法皆有不足，而PoA正是为了弥补上述算法的不足而出现的。

　　目前，PoA已投入实践，被认为是一种更有效的替代方案，因为PoA算法每秒可处理的交易量更多。但是，PoA并不是只有交易处理速度快这一个优点。PoA特点是什么？本指南可帮助你了解PoA算法的原理。

　　什么是PoA？

　　PoA是一种基于声誉（reputation）的共识算法，为区块链（尤其是私有区块链）提供实用且有效的解决方案。PoA一词是由以太坊联合创始人、以太坊前技术专家Gavin Wood于2017年提出。

　　PoA共识算法使用的是身份的价值，这意味着，矿工凭借的不是抵押的加密货币而是个人的信誉而被选为区块的验证者。因此，PoA区块链是由可信任的验证节点保护的。

　　PoA模型是基于有限的验证节点，这使PoA系统成为可扩展的系统。区块和交易都是由已被认可过的参与者验证的，已被认可过的参与者是系统的管理者。

　　以下是Oracles.org公司对PoA的一个精彩介绍（连接外网方可打开）：

　　PoA算法可以应用于各种场景，在物流应用方面被认为是绝佳之选。例如，当涉及供应链（supply chains）时，PoA被认为是更有效、更合理的解决方案。

　　PoA是如何工作的？

　　验证者运行软件以将交易打包到区块。交易打包到区块的过程是自动化的，不需要验证者持续监控计算机。但是，需要验证者保证自身硬件设施一直处于良好的状态。

　　成为PoA验证者的三个基本条件：

　　1.验证者必须在网络上正式验证过身份，并且能在公共领域中查到身份信息；

　　2.验证者首先得有权确认收益、评估区块才可以获得权力（例如，一个潜在的公证员需要获得国家公证员执照才可以正式成为公证员）；

　　3.建立权威的检查和程序应该保持一致。

　　PoA算法下，通过获得验证者权利才可能成为验证者，所以成功成为验证者的人都想要守住这来之不易的席位。为了避免破坏验证者的声誉，验证者维持正常交易过程是有奖励的。因此，大多数参与者都很重视来之不易的身份——验证者。

　　PoA算法的优势和不足

　　PoA共识算法并非没有缺点，那么让我们来看看其优势和不足：

　　PoA验证者（或称“矿工”）的权利大小（声誉）、对网络的影响力从0％到100％不等，但最初都是一致的。换句话说，作为验证者，你对网络的影响力可能要比某些大银行的影响力大。PoA的运行是依靠矿工的工作范围和权利大小实现的。每笔交易至少要得到两个节点的验证，而它们的权力必须大于初始节点。例如：如果初始节点的权利是40％，那么参与验证的节点们的权利应该是大于40％。

　　因此，PoA机制下的矿工不像PoW矿工那样通过挖矿来赚取奖励。被认可且有影响力的矿工可以参与验证交易和区块。换句话说，参与验证的矿工可以对交易的所有操作进行验证并得到奖励。这样就显着地降低了网络维护的成本。因为PoA网络并不是靠消耗电力来挖矿赚取奖励的，所以与那些使用PoW 、PoS的矿工相比，使用PoA的矿工更节约能源。

　　哪些区块链使用PoA？

　　PoA模型允许公司利用区块链技术保护商业机密。讲到PoA，顺便提一下以太坊是使用该技术的最好例子。尽管PoA是最先进的工作模型之一，但是PoA在实践中并未得到广泛应用。PoA协议最适用于私有区块链，因为在私有区块链系统内基本上都没有出现过分叉的情况。PoA这一术语最早由以太坊和 Parity 技术的联合创始人Gavin Wood提出的。

　　另一个使用以太坊PoA技术的是Azure平台。Azure平台为私有网络提供了解决方案，其系统不需要自己的代币，比如Azure无需像以太那样需要燃料费，因为Azure不挖矿。

　　此外，根据最新信息，Pavel Durov计划使用PoA来挖Gram币——一种基于Telegram的加密货币。

　　其他使用PoA的区块链有POA.Network、Ethereum Kovan testnet和VeChain等。

　　PoA相比PoW和PoS的优势在哪？

　　比特币使用的PoW是迄今为止最可靠和最安全的共识算法。但是，PoW不具有可扩展性。比特币以及其他基于PoW的区块链每秒处理交易量（TPS）是有限的。每秒处理交易量（TPS）有限的原因是比特币基于需要达成共识的分布式节点网络，即所有参与验证的节点对区块链当前状态要达成共识才可确认交易。这意味着在确认新交易区块之前，新交易区块必须由大多数网络节点进行验证和批准。所以我们说，比特币的去中心化提供了一个安全和可信赖的经济系统，但也不利于PoW被广泛采用。

　　使用PoS区块链通常比（使用PoW）比特币每秒处理的交易量要多。然而，这两种每秒处理交易量的差距也不大，使用PoS的网络也无法解决可扩展性问题。但是以太坊的PoA可派上用场——提高每秒处理的交易量，解决网络的可扩展性问题。

　　有人认为PoA是PoS的改版，只是将使用货币参与验证的规则改为使用身份参与。由于大多数链式网络都是去中心化的，PoS并不总是适用于某些企业和公司。相比之下，对私有区块链而言，PoA系统可能是最佳的解决方案，因为PoA的执行能力比PoS更好。

　　PoA中的共识条款

　　尽管条件可能因系统而异，但PoA共识算法基于：

　　活跃的和值得信任的验证者（验证者必须验证自己的身份）;

　　成为验证者的困难性：验证候选人必须做好可能遭遇血本无归和声誉破损的心理准备，选择验证者的过程是繁杂的，但这个过程降低了选到可疑验证者的风险，还有助于和矿工达成长期承诺；

　　验证者认可标准：选择验证者的方法要一致。

　　声誉机制的本质是对验证者身份的信任。选择验证者的过程并不简单，声誉机制会有优胜劣汰的过程，最终选出被认为是可信任的验证者。最终，这就确保了所有验证者都经过相同的过程，保证了系统的完整性和可靠性。

　　PoA的局限

　　PoA机制本质上是反权力下放的。因此，PoA模型的共识算法只是一个使集中化系统效率更高的尝试。尽管PoA对于有物流需求的大型企业来说是一个有吸引力的解决方案，但是在加密货币领域，PoA会引起一些价格波动。PoA系统具有高带宽，但是，当诸如审查、黑名单之类的功能可轻松实现时，PoA的功能就会受到质疑。

　　另一个常见的关键问题是，每个人都有权访问PoA验证者的身份。回顾一下，只有被认可的参与者才可以成为验证者，并且被认可的参与者（已公开身份）的奋斗目标是成为验证者，并为之奋斗。但是，验证者的身份的公开可能会遭遇黑客攻击。例如，如果竞争对手想破坏基于PoA的网络，他们可能会从已公开身份的验证者入手，以不正当手段从内部破坏系统。

　　结论

　　没有最理想的共识机制，每个现有机制都存在缺点，比如PoW和PoS缺乏可扩展性。众所周知，加密货币社区高度重视去中心化，但作为共识机制，PoA却为了实现高吞吐量和可扩展性而摒弃了去中心化。PoA系统固有的功能与区块链的功能还是有天差地别的。然而，PoA是一种极好的技术，作为新兴的区块链解决方案是不可忽视的，它可能对私有区块链非常适用。

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