雷锋网AI金融评论：区块链共识机制，从PoW到PoS的新发展

导读： 康奈尔大学IC3项目的Co-Director 石润婷教授在2017年提出了基于Sleepy Model的PoS共识，并对其进行了形式化描述和安全性分析。...

在当今的加密货币以及众多互联网应用里，在数百万节点的规模下，如何维持系统的鲁棒性与效率是一个非常有挑战性的问题。加密货币的共识机制，在传统环境和大规模互联网环境中存在很大的不同，这正是我们需要探讨的关键之处。

传统与大规模环境差异

传统的应用程序，比如 Google Wallet，其中大约只有十几个节点会部署共识协议。这个数量与大规模应用相比，差异极为显著，像区块链协议这类大规模应用，用户量会大幅上升，达成共识的复杂程度也会成倍增加。例如，区块链不仅用户数量庞大，各个节点的状态还不稳定，在线或离线难以预测，现有的共识机制很难满足其鲁棒性的需求。从过去的调查来看，传统小规模应用和大规模应用的共识协议差异就如同小池塘和大海洋之间的差距。

随着互联网不断发展，节点规模逐步增大。原有的共识机制在互联网层面上显得有些力不能及。这种力不能及体现在遭遇复杂节点状态时，无法有效地进行协调，从而导致效率低下等状况。这对整个互联网内容相关产业的发展都起到了制约作用，无论是一些小型的互联网创业项目，还是大型的互联网公司，都在积极寻找更为优良的解决方案。

互联网规模的挑战

我们知晓互联网拥有海量的节点，数量达到百万之多。这些节点的状态处于不断变化之中，有的处于在线状态，而有的则处于不在线状态。大家试想一下，仅仅是数百万节点中的一个出现问题，就有可能对整个系统的运行产生影响，这是一种极为夸张的现象。在这种情形下，要形成共识会存在大量的不可预测因素。

经调查，多数虚拟货币从业者觉得当前的共识机制难以契合互联网级别的规模。例如，在一些大型区块链项目中，面对数量众多且状态各异的节点，现有的共识机制在运行时的鲁棒性不佳。像在某个有着百万节点的区块链项目里，由于节点状态的缘故，共识机制时常出现卡顿现象，从而引发交易时长增加等问题。在互联网的广阔天地中，这些海量节点达成共识，就如同要指挥无数难以驯服的野马达成统一方向那般艰难。

鲁棒性的阐释

鲁棒性是一个极为宽泛的话题。简单来说，在共识机制中，鲁棒性意味着系统在各种复杂状况下能够保持稳定。在线的节点会参与共识协议，就如同积极的参与者在主动争取领先。而睡眠节点随时都有可能恢复并加入进来。例如，一个大型在线游戏采用了共识协议，玩家登录游戏就处于在线参与状态，下线就如同睡眠节点一样。

为了理解这个鲁棒性，我们假设在一个模拟的互联网环境中存在百万个节点。其中一部分节点在线参与共识，而另一部分节点处于离线状态。当出现一些外界干扰因素，比如部分节点出现故障或者网络出现波动时，鲁棒性良好的机制依然能够维持正常的共识程序。这就如同一座坚固的大厦，即便遭遇狂风暴雨的袭击，依然能够屹立不倒。

当前共识机制的不足

在有 99%的在线节点是诚实的这种情况下，目前所有的经典共识协议都无法在某些场景中顺利运行。以比特币的中本聪区块链（PoW 模式）为例，它虽然具备一定的鲁棒性，然而一旦考虑一个简单的“允许协议”，问题就会暴露出来。即便在这个协议中知道哪些节点参与以及节点知道彼此的公钥，安全性看似有了保障，但依然存在隐患。

不可忽视的是，比特币区块链看起来较为安全。然而，在实际场景中，当面对可能达到数百万玩家的规模时，非诚实节点依然能够利用已选举的节点及其块来制造分叉。就如同一个看似严密的安全系统，实际上却存在着诸多可以被攻破的漏洞，这种情况对共识机制的有效性产生了严重的影响。

Sleepy Model的特性

在 Sleepy Model 中存在一个独特的假设。我们不能随意假定参与协议的节点比例，也许假设 30%的在线节点参与，但实际上只有 1%参与，而那 99%的沉睡节点不会对 1%在线节点的共识结果产生影响。这就如同一个高效的团队在协作，当少数人活跃在舞台中央时，其他处于休息状态的人员也不会去捣乱。

这个模型和我们所熟悉的传统共识机制差异很大。它明显与分布式共识的标准方法有所偏离。然而，这种偏离并非随意之举，而是依赖于中本聪区块链协议背后的关键思路，并且无需 POW 工作证明。像一些新兴的互联网项目尝试使用这种模型，既能减少能源消耗，又能更灵活地应对节点的不同状态。

新探索的意义

Sleepy Model 的提出对整个互联网规模下的共识机制意义重大。其一，它或许有机会处理当前互联网海量节点状态下，既有共识机制鲁棒性不佳的问题。倘若众多互联网应用，尤其是对稳定性要求极高的互联网金融等应用采用这种模型，那么就能降低因系统故障或效率低下而导致的损失。

对于整个互联网技术的发展而言，这也是一种新的推动。从历史发展的角度来看，新的技术往往是在解决旧有技术所面临的困境中诞生的。就拿互联网电商平台来说，倘若采用更为鲁棒的共识机制，在遭遇大型促销活动而面临大量并发操作的情形下，能够提升系统的效率，降低卡顿现象的发生。

你是否觉得 Sleepy Model 会对互联网规模下共识机制所面临的困境进行彻底改变？期望大家踊跃点赞，积极分享，并且在评论区展开讨论。