[科普中國]-驗(yàn)證池機(jī)制

Pool驗(yàn)證池基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)建立，并輔之以數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制，是目前區(qū)塊鏈中廣泛使用的一種共識(shí)機(jī)制。

概述Pool（池）的概念被廣泛的應(yīng)用在服務(wù)器端軟件的開發(fā)上。

使用池結(jié)構(gòu)可以明顯的提高你的應(yīng)用程序的速度，改善效率和降低系統(tǒng)資源的開銷。

所以在現(xiàn)在的應(yīng)用服務(wù)器端的開發(fā)中池的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是開發(fā)工作中的重要一環(huán)。

那么到底什么是池呢？我們可以簡(jiǎn)單的想象一下應(yīng)用運(yùn)行時(shí)的環(huán)境，當(dāng)大量的客戶并發(fā)的訪問應(yīng)用服務(wù)器時(shí)我們?nèi)绾翁峁┓?wù)呢？我們可以為每一個(gè)客戶提供一個(gè)新的服務(wù)對(duì)象進(jìn)行服務(wù)這種方法看起來簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中如果采用這種實(shí)現(xiàn)會(huì)有很多問題，顯而易見的是不斷的創(chuàng)建和銷毀新服務(wù)對(duì)象必將給造成系統(tǒng)資源的巨大開銷，導(dǎo)致系統(tǒng)的性能下降。

針對(duì)這個(gè)問題我們采用池的方式。池可以想象成就是一個(gè)容器保存著各種我們需要的對(duì)象。我們對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行復(fù)用，從而提高系統(tǒng)性能。從結(jié)構(gòu)上看，它應(yīng)該具有容器對(duì)象和具體的元素對(duì)象。從使用方法上看，我們可以直接取得池中的元素來用，也可以把我們要做的任務(wù)交給它處理。所以從目的上看池應(yīng)該有兩種類型，一種是用于處理客戶提交的任務(wù)的，我們通常用Thread Pool（線程池）來描述它，另一種是客戶從池中獲取有關(guān)的對(duì)象進(jìn)行使用，我們通常用 Resource Pool（資源池）來描述它。它們可以分別解決不同的問題。

驗(yàn)證池機(jī)制是區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的四大類之一，它是基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)，加上數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制；是目前行業(yè)鏈大范圍在使用的共識(shí)機(jī)制。

區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制區(qū)塊鏈的自信任主要體現(xiàn)于分布于區(qū)塊鏈中的用戶無須信任交易的另一方，也無須信任一個(gè)中心化的機(jī)構(gòu)，只需要信任區(qū)塊鏈協(xié)議下的軟件系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)交易。

這種自信任的前提是區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制（consensus），即在一個(gè)互不信任的市場(chǎng)中，要想使各節(jié)點(diǎn)達(dá)成一致的充分必要條件是每個(gè)節(jié)點(diǎn)出于對(duì)自身利益最大化的考慮，都會(huì)自發(fā)、誠實(shí)地遵守協(xié)議中預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，判斷每一筆記錄的真實(shí)性，最終將判斷為真的記錄記入?yún)^(qū)塊鏈之中。換句話說，如果各節(jié)點(diǎn)具有各自獨(dú)立的利益并互相競(jìng)爭(zhēng)，則這些節(jié)點(diǎn)幾乎不可能合謀欺騙你，而當(dāng)節(jié)點(diǎn)們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中擁有公共信譽(yù)時(shí)，這一點(diǎn)體現(xiàn)得尤為明顯。

區(qū)塊鏈技術(shù)正是運(yùn)用一套基于共識(shí)的數(shù)學(xué)算法，在機(jī)器之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過技術(shù)背書而非中心化信用機(jī)構(gòu)來進(jìn)行全新的信用創(chuàng)造。

現(xiàn)今區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制可分為四大類：工作量證明機(jī)制（PoW）、權(quán)益證明機(jī)制（PoS）、股份授權(quán)證明機(jī)制（DPoS）和Pool驗(yàn)證池。

工作量證明機(jī)制工作量證明機(jī)制即對(duì)于工作量的證明，是生成要加入到區(qū)塊鏈中的一筆新的交易信息（即新區(qū)塊）時(shí)必須滿足的要求。在基于工作量證明機(jī)制構(gòu)建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算隨機(jī)哈希散列的數(shù)值解爭(zhēng)奪記賬權(quán)，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點(diǎn)算力的具體表現(xiàn)。工作量證明機(jī)制具有完全去中心化的優(yōu)點(diǎn)，在以工作量證明機(jī)制為共識(shí)的區(qū)塊鏈中，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出。大家所熟知的比特幣網(wǎng)絡(luò)就應(yīng)用工作量證明機(jī)制來生產(chǎn)新的貨幣。然而，由于工作量證明機(jī)制在比特幣網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)吸引了全球計(jì)算機(jī)大部分的算力，其他想嘗試使用該機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得同樣規(guī)模的算力來維持自身的安全。同時(shí)，基于工作量證明機(jī)制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費(fèi)，達(dá)成共識(shí)所需要的周期也較長(zhǎng)，因此該機(jī)制并不適合商業(yè)應(yīng)用。

權(quán)益證明機(jī)制2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin，該加密電子貨幣采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，這是權(quán)益證明機(jī)制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用。

與要求證明人執(zhí)行一定量的計(jì)算工作不同，權(quán)益證明要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權(quán)即可。權(quán)益證明機(jī)制的運(yùn)作方式是，當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“幣權(quán)”交易，交易會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權(quán)益證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有代幣的比例和時(shí)間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，從而加快了尋找隨機(jī)數(shù)的速度。這種共識(shí)機(jī)制可以縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間，但本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算。因此，PoS機(jī)制并沒有從根本上解決PoW機(jī)制難以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的問題。

股份授權(quán)證明機(jī)制股份授權(quán)證明機(jī)制是一種新的保障網(wǎng)絡(luò)安全的共識(shí)機(jī)制。它在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機(jī)制和PoS機(jī)制問題的同時(shí)，還能通過實(shí)施科技式的民主抵消中心化所帶來的負(fù)面效應(yīng)。

股份授權(quán)證明機(jī)制與董事會(huì)投票類似，該機(jī)制擁有一個(gè)內(nèi)置的實(shí)時(shí)股權(quán)人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時(shí)都在召開一個(gè)永不散場(chǎng)的股東大會(huì)，所有股東都在這里投票決定公司決策。基于DPoS機(jī)制建立的區(qū)塊鏈的去中心化依賴于一定數(shù)量的代表，而非全體用戶。在這樣的區(qū)塊鏈中，全體節(jié)點(diǎn)投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)代表，由他們來代理全體節(jié)點(diǎn)確認(rèn)區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運(yùn)行。同時(shí)，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點(diǎn)具有隨時(shí)罷免和任命代表的權(quán)力。如果必要，全體節(jié)點(diǎn)可以通過投票讓現(xiàn)任節(jié)點(diǎn)代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的民主。

股份授權(quán)證明機(jī)制可以大大縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證。然而，該共識(shí)機(jī)制仍然不能完美解決區(qū)塊鏈在商業(yè)中的應(yīng)用問題，因?yàn)樵摴沧R(shí)機(jī)制無法擺脫對(duì)于代幣的依賴，而在很多商業(yè)應(yīng)用中并不需要代幣的存在。

Pool驗(yàn)證池Pool驗(yàn)證池基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)建立，并輔之以數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制，是目前區(qū)塊鏈中廣泛使用的一種共識(shí)機(jī)制。

Pool驗(yàn)證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基礎(chǔ)之上，可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證，更適合有多方參與的多中心商業(yè)模式。不過，Pool驗(yàn)證池也存在一些不足，例如該共識(shí)機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)的分布式程度不如PoW機(jī)制等。1

區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)（1）Pow工作量證明

就是大家熟悉的挖礦，通過與或運(yùn)算，計(jì)算出一個(gè)滿足規(guī)則的隨機(jī)數(shù)，即獲得本次記賬權(quán)，發(fā)出本輪需要記錄的數(shù)據(jù)，全網(wǎng)其它節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后一起存儲(chǔ)；

優(yōu)點(diǎn)：完全去中心化，節(jié)點(diǎn)自由進(jìn)出；

缺點(diǎn)：目前bitcoin已經(jīng)吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈應(yīng)用很難獲得相同的算力來保障自身的安全；挖礦造成大量的資源浪費(fèi)；共識(shí)達(dá)成的周期較長(zhǎng)，不適合商業(yè)應(yīng)用

（2）Pos權(quán)益證明

Pow的一種升級(jí)共識(shí)機(jī)制；根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占代幣的比例和時(shí)間；等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機(jī)數(shù)的速度。

優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上縮短了共識(shí)達(dá)成的時(shí)間；

缺點(diǎn)：還是需要挖礦，本質(zhì)上沒有解決商業(yè)應(yīng)用的痛點(diǎn)；

（3）DPos股份授權(quán)證明機(jī)制

類似于董事會(huì)投票，持幣者投出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，代理他們進(jìn)行驗(yàn)證和記賬。

優(yōu)點(diǎn)：大幅縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可以達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證；

缺點(diǎn)：整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴于代幣，很多商業(yè)應(yīng)用是不需要代幣存在的；

（4）Pool驗(yàn)證池

基于傳統(tǒng)的分布式一致性技術(shù)，加上數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制；是目前行業(yè)鏈大范圍在使用的共識(shí)機(jī)制。

優(yōu)點(diǎn)：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)秒級(jí)共識(shí)驗(yàn)證；

缺點(diǎn)：去中心化程度不如bictoin；更適合多方參與的多中心商業(yè)模式

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

肖志勇 - 副教授 - 江南大學(xué)