什么是区块dag与pos机制

1、什么是pos算法和pos机制

pos是公链中的共识算法，作为pow的一种替换。pow是保证比特币，当前以太坊和许多区块链安全的一种机制，但是pow算法在挖矿过程中，因为破坏环境和浪费电而受到指责，pos试图通过一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。

ps机制可以被描述成一种虚拟挖矿，鉴于pow主要依赖于计算硬件的稀缺性，来防止女巫攻击。在pow中，一个用户有可能用一千美元来买计算机，加入网络来挖矿，产生新区块，从而得到奖励。在pos中，用户可以拿到一千美元，买到等值的代币，把这些代币当做押金放在pos机制之中，只要用户就有机会产生，这样用户可以得到奖励。

pos算法如下，存在一个持币人的集合，他们把手中的代币放入pos机制中，这样他们就变成验证者。

2、区块链共识机制之POS和DPOS

工作量证明算法作为区块链第一个也是目前经受住足够实践检验的一个共识机制，解决的是分布式系统交易信息一致性的问题，在一个去中心化的网络中构建了彼此不信任节点的信任机制，也是比特币成功应用的关键技术环节。

经过几年的实际运转，这一算法的弊端也显露出来，比特币网络每秒完成600万亿次SHA256运算，消耗了大量的电力资源，而最终这些计算没有任何实际或科学价值。这些运算存在的唯一目的是用来解决工作量证明问题，另外一个现实的威胁便是算力集中，工作量证明本质上是利用穷举法找出符合规定条件的哈希值的过程，算力越强，获得记账权(即挖到矿)的可能性便越高，一开始是最早利用显卡挖矿的人，后来是利用FPGA矿机的人，再后来是利用ASIC专用芯片挖矿的人，现在就是不断制造出更好的ASIC的人，另外还有“矿工”节点联合起来组成矿池，如Ghash，Ghash 2014年曾经发表声明，将在今后确保不超过40%的全网算力，这类自律声明是对比特币去信任机制的莫大讽刺。

比特币自诞生以来，人们便开始尝试其他除了工作量证明算法之外的其他共识机制，如具有代表性的权益证明POS、委托权益证明DPOS、拜占庭容错机制（BFT）及实用拜占庭容错机制（PBFT）等，下面将主要介绍POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

权益证明POS

POS是一类共识算法，或者说是一类共识算法的设计思想，而不是一个，最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一个化名Sunny King的极客推出的一类加密货币，采用工作量证明机制+权益证明机制，首次将权益证明机制引入了加密货币。Peercoin引入了“币龄”的概念，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000。当一个新的区块产生时，其他想获得记账权的节点同比特币也需要计算哈希值，得出满足条件哈希值的难易与难度值有关，这个难度值这里与币龄成反比，即你的币龄越大，得出符合条件的哈希值的概率就越大，同时你的币龄被清空，记账后系统会给予你相应“利息”，你每被清空365币龄，获得利息为：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率为1%，即0.08个币。

可以看出，在POS机制下，持有币越多，越容易获得记账权，接近于赢家通吃的感觉，但持有的币越多，越接近于一个诚实的节点，因为破坏整个网络带来的损失也越大。Peercoin的POS机制有一个漏洞，对于不持有币的人而言，他们本来就没什么收益，所以一些恶意攻击对于他们则是无损失的，这就是Nothing-at-stake attack（无利益攻击）。后续的比较成功的POS都引入了对付这种攻击的机制。

以太坊系统的目标是在今年引入权益证明，即Casper。在权益证明共识机制之下，用户将能够在以太坊网络拥有“币权”。用户如果诚实行事并确认了合法交易，将获得与其股权成比的利息；如果恶意行事并试图网络中作弊，就会失去其权益。

委托权益证明DPOS

委托权益证明DPOS是POS的变种，运用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在于全网投票选出101个节点代行记账权限，这些代表节点的权限完全一致。代表节点轮流记账，可以选择创造区块或不创造区块。但他们无法改变交易的详情，恶意或者迟到的代表节点的行为也会被公之于众，那么网络可能将他们简单快速地投票驱逐出去。被驱逐出去的代表节点将会失去他们记账权限，以及对应的收入。

DPOS作为是一种弱中心化的共识机制，保留了一些中心化系统的关键优势，如交易速度等(每个块的时间为10秒，一笔交易在得到6-10个确认后大概1分钟，一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟)，但每个持币者都有能力决定哪些节点可以被信任，并且事实上，代表节点会主动降低自己的收入来赢得更多投票，剩下的收入会作为股息，支付给所有的比特股持有人。DPOS有点类似于代议制民主及股份公司董事会制度，都是一种精英制度，但其身份受制于下面的民众，在DPOS中，币的持有者至少有权决定代表节点—或者说矿工的身份。

3、区块链共识算法――(二)PoS共识(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 为 Quantum Mechanic 的 数 字 货 币 爱 好 者 在 比 特 币 论 坛 首次提出了权益证明 PoS 共识算法. 随后, Sunny King 在 2012 年 8 月发布的点点币 (Peercoin, PPC) 中首次实现. PoS 由 系统中具有最高权益而非最高算力的节点获得记账 权, 其中权益体现为节点对特定数量货币的所有权, 称为币龄或币天数 (Coin days)

PoS是考虑到PoW的最大缺陷：浪费资源而提出的，简单来说就是 谁的权益大，谁说了算 。

PoS共识机制（Proof of Stake 权益证明）通过权益记账的方式，解决效率低下、资源浪费、节点一致性等问题。

各个节点需要满足一定的条件（如抵押一定的代币）才能成为验证节点（权益提高），系统通过算法在其中选择一部分作为出块节点（矿工），每隔一段时间重新选择，算法会保证完全随机，不可被操控。只有出块节点才能进行数据处理，争夺记账权。

权益主要由权益因子决定，可以是持币数量，也可以是币龄及两者的结合。

以太坊在之后很有可能会改用PoS进行共识，其更加符合以太坊高效率的特点。

4、什么是DAG

参考 Explaining Directed Acylic Graph (DAG), The Real Blockchain 3.0

Bitcoin视为blockchain 1.0, Ethereum视为2.0, 那么3.0是什么? DAG可能会是.

DAG, 即Direct Acyclic Graph, 有向无环图. 它的特点是节点有先后次序, 可以有分叉, 但还不会有环. DAG常用语数据处理, 事务规划, 最优路径查找, 数据压缩

bitcoin之所以效率低是因为它的POW机制. 整个网络只有一个主链, 其上的新块只能有一个, 无法同时创建多个新块. 10分钟左右以内的所有交易记录都被记录到一个块中. Ethereum也是类似, 大概15-20秒产生一个新块.

NXT 是第一个想到用DAG替代blockchain单链表结构的组织.

有了DAG, 就可以同一时间创建多个块.

使用DAG的想法来自于侧链(side-chain). 不同类型的交易在不同的链上同时进行.

IoT Chain (ITC), IOTA , 和 Byteball 是没有block概念的项目.

如果每个block只有一个transaction, 那这个transaction就不用等待被打包, 跳过计算hash的过程(即挖矿), 直接上链了.

Bitcoin使用UTXO(Unspent Transaction output)模型.

DAG网络中, 降低网络宽度是比较重要的一个课题.

由于只有transaction, 没有打包的过程, DAG比基于PoW或PoS的区块链更快.

DAG网络里, 没有矿工. 交易的验证直接在交易时进行. 对于用户来说这意味着交易可以瞬间完成.

DAG可以有效降低交易费.

IoT Chain (ITC) 所基于的DAG的TPS达到10,000.

5、pos机制的起源与设计理念

POS起源

2012年，背景是POW进沦为资本玩家的玩具，算力过于中心化，随时都有被“51%攻击”。

开放者Sunny Kind第一次提出了POS（股权证明）的概念，与POW是完全不一样的。

POS不用大量的算力来维持网络安全，只要参与者打开自已的钱包在线增加权重，获得相应的奖励也就是利息。

POS的设计理念

我们应该都知道，比特币的区块产量每四年就会减半，这样区块的产量将会越来越少，矿工就会“旷工”，因为赚到的越来越少。

那么，人数少了，比特币就可能被一些高算力的人所掌握，数字货币网络将会瘫痪。

POS解决方法:并非所有的区块都是靠挖矿得来的，只要打开钱包客户端程序，就能发现区块，也可以得到利息，这样就会有一个引流的效果。

POS机制可以描述成一种虚拟挖矿。鉴于POW主要依赖于计算机硬件的稀缺性来防止女巫攻击，POS则主要依赖于区块链自身里的代币。

女巫攻击

这个名字是基于1973年的小说《女巫》改编的同名电影，女主具有16重人格。

因为节点随时加入和退出等原因，为了维护网络的稳定，同一份数据可能备份在很多节点上，这就是数据冗余机制。

若是在网络上存在恶意节点，那这一个节点就具有多重身份。那这个恶意节点就可能骗到其他节点备份到他这里。

POW就是根据计算能力随机，而POS则根据拥有财产随机。POW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制。

但是POW算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。POS试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。

PoS的优点

不再需要为了安全产生区块而大量消耗电能。由于不再需要大量能耗，通过发行新币以激励参与者继续参与网络的压力会下降。PoS机制下，全网每秒可以处理的交易数增加，可以提供比PoW机制更好的性能。

POS算法是个资本主义

你拥有的钱越多，得到的权利也就越大。为什么？

因为你在里面的钱越多你想要维护系统的愿望也就更大。若是有恶意攻击，他们的钱也就只能是竹篮打水一场空。

POS算法

如果我手上有500个代币，把它放进POS机制，这样里面的500个代币就变成了验证者.假设它在区块链里最新的块。

POS算法将从验证者里面抽取一个随机的，给他们权利产生下一个区块。

PoS 机制由股东自己保证安全，工作原理是利益捆绑。在这个模式下，不持有 PoS 的人无法对 PoS 构成威胁。PoS 的安全取决于持有者，和其他任何因素无关。

PoS机制源于人们对PoW机制的不满以及改进。早期的PoS机制有各种缺陷，随着各种项目对PoS机制的不断改进，PoS正逐渐成为主流的共识机制。

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