POW共识机制及演进

POW：工作量证明，工作量证明

共识是一个多维度的博弈过程

1、共识越去中心化（节点越多，参与度越高），效率越低，但安全性越高，越稳定； 相反，共识越中心化（节点垄断），效率越高，容易出现独裁和腐败，安全性也越低。

2. 同时，能量消耗和有意义的计算也是一种博弈。 例如，如果减少资源消耗（减少计算能力），则安全性会降低。 改用算力小的币种，容易造成51%攻击，容易分叉主链； 有意义的计算是接入区块链系统，不仅仅是单纯的消耗大量算力去争夺记账权，计算那些随机的无意义的数学问题，没有获得记账权的矿工没有收益，算力的投入被浪费了。 在一个依赖算力的世界里，小型矿池基本无法参与竞争。 算力集中与分散是相反的。 例如，将算力投入到天体结构计算、蛋白质分子计算、基因工程计算等方面会更有价值。

特点：货币的分配是根据工作证明进行的。 算力越高，挖矿时间越长，获得的奖励越多。

一个合格的 Block Hash 由 N 个前导零组成，零的数量取决于网络的难度值。 得到合理的 Block Hash 需要大量的试算，计算时间取决于机器的哈希速度。 参与挖矿的矿工通过将前一个区块的哈希与随机比特串相结合，竞争计算出一个哈希值。 如果输出的哈希值满足前几位为0，则说明问题已经解决。 当然，并不能得到计算次数的绝对值，因为找到一个合理的散列是一个概率事件。 当一个节点拥有全网n%的算力时，该节点有n/100的概率找到Block Hash。

对区块中的所有数据进行SHA256哈希运算，得到小于给定目标值的哈希值。 该块还包含一个 Nonce 值，通过递增 Nonce 来找到正确的哈希值。 这个密码谜题旨在让比特币每 10 分钟找到一个谜题答案。

优势：

1. 完全去中心化

2. 节点可以自由进出，易于实现。

3.破坏系统的代价巨大

缺点：

1. 区块确认时间难以缩短，交易确认时间需要10-16分钟，无法满足实时性要求

2、新的区块链必须找到不同的哈希算法，否则将面临比特币的算力攻击

3、浪费能源；

比特币的工作量证明如何解决计算机网络中的拜占庭将军问题

所有将军都接受的攻击计划被认为是正式的攻击计划。 问题是：两个或更多的将军可能会同时发布不同的攻击计划。

这个问题模型通过工作量证明得到了简化。 在比特币工作量证明系统中，交易的顺序不被追踪，而是在将军之间达成共识。 每个将军根据工作证明解决一个适当难度的哈希难题。 每个谜题都有足够的难度。 只有当所有将军同时工作时，平均10分钟才能找到解谜的方法。 当将军找到问题的答案时，它会通过网络广播答案以及攻击计划。 一旦收到解决方案，每个将军都会根据广播中收到的攻击时间和攻击计划调整拼图。 然后将军继续解决下一个工作量证明。 这样，每个解都会在第一个解之后串联起来，形成一条链。 如果将军仍在对不同的攻击方案执行工作量证明计算，它将切换到最长的链。 最长的链积累了最多的 CPU 计算能力。

平均一小时后，这条链上就会有六个区块。 每个将军可以确定是否有足够的将军在最长的链上工作，并具有相同的初始攻击计划。 该链在一小时内累积到六个区块，表明大多数将军对同一个攻击计划执行工作量证明计算（CPU 投票）。 于是将军们就进攻时间达成一致。

在不存在中心化权威的 P2P 网络中，比特币共识协议在功能上等同于一个受信任的中心化权威。 该协议解决了拜占庭将军问题中缺乏中央集权的问题。 帮助将军们就何时进攻达成一致。 此外，它还降低了同时提交多个攻击计划的可能性，同时也降低了攻击的可能性。 所以比特币共识协议解决了拜占庭将军问题。

coinmarketcap上排名前100的POW系统数字货币对比分析

pow共识机制体系的演化方向主要有三个方向：竞争币、山寨币、分叉币，以及以比特币代码为模板，对其底层技术区块链进行一定改造的区块链资产，其中有技术创新或改进的又名山寨币。 所有这些都可以被开采。

各种“山寨币”和“比特币”的核心性能基本相同。 前期主要依据“交易速度”、“手续费”、“匿名性”、“安全性”、“反中心化”（反ASIC算法）等差异化发展比特币采用了pow共识算法，成熟的币种已在各个差异化领域，竞争基本饱和； 在过去的一年里，出现了大量基于比特币的分叉币。

数据源：

目的：分析当前市值排名前100的币种，分析POW体系下的数字货币，它们有什么区别，有哪些创新点？ 以上帝的视角将他们的异同和创新展现在观众面前。

1、btc，比特币是最早也是目前市值最高的POW共识机制的数字货币。 算法是sha256。

2、eth，目前以太坊正式运行1.0版本，采用POW挖矿的共识算法，目前公网TPS为25，PoW+PoS混合模型，由Vitalik Buterin主导研究Casper the Friendly Finality Gadget (CFFG) ，需要进行两轮投票，需要质押代币。 第一次是 PoW，超过 2/3 可以验证成功，第二次是 PoS，超过 2/3 可以验证成功，然后区块被确认，验证者可以获得收益。 验证者被激励聚集在权威链上，因为如果他们继续在不同的链上投票，他们将受到惩罚。 验证者不仅会因为重复投票而受到惩罚，还会因为在错误的链上投票而受到惩罚。 在开发中的1.5版本中，将采用类POS的Casper算法，使区块链的确认速度相对于POW的线性效率达到指数级。 采用Casper后，将会有更好的确认机制，大大降低能耗。 在计划的2.0版本目标中，TPS有望达到2000TPS。 casper+sharding，以太坊的分片包含100条子链，每条子链都与主链挂钩。 账户的交易信息存储在子链上。 这些子链是并行的。 据说tps会有一个飞跃。

4、比特币现金（BCH），Bitcoin Cash，是矿池ViaBTC（比特大陆背后的股东也是一家大型矿池）基于比特币ABC方案推出的新型加密数字资产。 它可以被视为比特币 BTC 或山寨币的分叉。 为了保持协议的稳定和简单，比特币ABC方案去除了Segwit功能，支持将区块大小增加到8M，这是链上扩容的技术路线。 比特币ABC代码在稳定版比特币协议的基础上进行了改进，相信不包含Segwit会具有更高的稳定性、安全性和健壮性。 挖矿将于2017年8月1日20:20开始。

5.莱特币

与比特币相比，莱特币具有三个显着差异。 首先，莱特币网络大约每 2.5 分钟（而不是 10 分钟）处理一个区块，从而提供更快的交易确认。 其次，莱特币网络预计将产生8400万个莱特币，这是比特币网络发行货币数量的四倍。 第三，莱特币在其工作量证明算法中使用了Colin Percival首先提出的scrypt加密算法。 Scrypt 的内存密集型特性使莱特币更适合使用图形处理单元 (GPU) 进行“挖掘”。 这使得在普通计算机上（在 ASIC 矿工之前）挖掘莱特币比比特币更容易。

6. Monero（代号 XMR）是一种开源加密货币，创建于 2014 年 4 月，专注于隐私、去中心化和可扩展性。 工作量证明算法 CryptoNight 是 AES 的密集型和内存密集型操作，这大大降低了 GPU 相对于 CPU 的优势。 可以在Windows、Mac、Linux和FreeBSD上运行，挖矿配置相对简单。 您可以利用电脑的闲置算力进行挖矿，但是现在随着算力的不断提升，闲置算力无法快速挖矿。 比特大陆发布了一款能够挖门罗币、适用于CryptoNight算法的ASIC矿机。 门罗币使用多个密钥，默认情况下，每笔门罗币交易都会对发送地址、接收地址和交易金额进行打乱。 环签名算法通过不向未直接参与交易的人透露交易涉及的金额来提高机密性。

7、DASH是比特币的克隆版，具有更强的隐私性，于2014年产生，也是在比特币基础上发展起来的代币。 Dash 网络由工作证明挖掘（比特币使用的共识机制）保护，并使用基于 11 种不同哈希函数的 X11 算法。 它的主节点是一个服务证明层，这些节点充当交易混合器和助推器，此外它还充当 Dash 治理系统的投票机制。

Dash 的区块奖励分为两层（矿工和主节点）。 其中矿工获得45%的收益，主节点获得45%，剩下的10%分配给去中心化的达世币预算系统。 每个区块的生成时间为 2.5 分钟。

白皮书：

8. Bytecoin (BCN) 是第一个将 CryptoNote 技术应用于自身安全基础设施的加密货币。 区块链上的每一笔交易都不包含你的地址，你的支付行为是完全匿名的。 算法：CryptoNight，是一种工作量证明算法：CPU性能优化挖矿法。 使用环签名技术，无法追踪付款。

9. Zcash在比特币协议的基础上，加入了一种叫做“零知识证明”的机制，使得双方之间的交易不会被任何人看到。 Zcash 交易可以在区块链上隐藏发送者、收款人和实际转账金额。 只有拥有正确私钥的人才能看到转账内容。 用户对交易是否公开拥有完全控制权。 Zcash 的代币供应模型与比特币具有相同的分配模型，大约每 4 年产量减半。 而且，与比特币 (BTC) 一样，Zcash (ZEC) 的最大供应量为 2100 万。

Zcash 使用 Equihash。 Equihash 算法由 Alex Biryukov 和 Dmitry Khovratovich 共同发明，其理论基础是著名的计算科学和密码学问题——广义生日悖论问题。

Zcash 1.0.0正式版定于2016年10月28日发布，同时也将开放挖矿。

10、Aeternity（AE），Aeternity是一个类似以太坊的基于智能合约的区块链开发平台，创建状态通道，通过独立通道实现快速隐私交易。 AE币是AEternity的代币，是AEternity网络使用资源的记账单位。 此外，AE币还将用于奖励AEternity网络上的应用。 被誉为“欧洲版以太坊”。 AE 由创始人 Yanislav Malahov 于 2016 年创立，

采用POW+POS混合共识机制。 在POW共识方面，AE继续沿用布谷鸟循环的算法。 Cuckoo Cycle的好处是让算力不会过于集中，让更多的小型机或者个人PC也可以参与挖矿。 在POS方面，AE为代币持有者引入了一定比例的决策权。 通过代币持有权弱化中心化，让权力不完全被算力支配。 另外，为了避免比特币容量造成的分叉问题，Aeternity采用了投票机制来避免分叉。

实现了现实世界数据与智能合约的连接。 æternity 的预言机是去中心化的。

11. BTG (Bit Gold)，比特币现金的克隆，一种分叉币。 事情发生在2017年10月24日，Bitcoin Gold在491407区块之后从Bitcoin中分离出来。Bitcoin Gold使用的是equihash pow算法，但只要还是用pow算法，总免不了要用专用芯片来增加算力. 最近的双花攻击就是一个例子。

12. Decred，货币代码DCR，具有自我管理机制的比特币。

DCR 具有先进的 PoW + PoS 混合机制。 PoW产生的所有区块都必须经过PoS验证才能成为合法区块，即POW打包记账+POS投票治理的共识机制。 因此，在DCR网络中，几乎消除了算力垄断，完美解决了去中心化项目的治理机制。

DCR的挖矿首先通过矿机对交易进行处理，建立区块，通过不断的碰撞搜索找到满足一定难度计算目标的数字，传播到网络中。 PoW 的工作完成，挖矿过程就到这里。 与比特币类似，只是出块时间是比特币的一半，每块约5分钟。 其次，共识机制不同。 比特币依靠全网的节点来验证区块比特币采用了pow共识算法，最终使用最长的链作为主链。 如果挖出的区块最终在主链上有效，那么这个区块是否有效来自于几乎全网的共识。 这样做的好处是安全，前提是没有超过51%的算力攻击，缺点也很明显，就是效率低。 但是，DCR 引入了 PoS 来投票决定新挖出的区块是否有效。 每个区块只需要随机抽取5张选票进行投票。 只有至少3票通过，该区块才被认为是有效的，并且可以被添加到主链上。 成功验证区块后的奖励是30个新的DCR币，其中60%给PoW矿工，30%给PoS投票持有者，剩下的10%给参与软件开发的程序员。

DCR 可以使用显卡和 ASIC 矿机进行挖掘。

13.比原链，比原链。 人工智能ASIC芯片友好型POW共识机制。 比原链在POW共识机制中引入Tensority算法，是区块链挖矿与人工智能之间的桥梁。 Tensority算法中包含的矩阵乘法是人工智能中最通用的算法，几乎所有的人工智能设备都友好兼容该算法。

14. XVG（Verge），Verge用户可以使用五种不同的scrypt、X17、lyra2rev2、MYR groestl、blake2s多算法挖矿。 Verge 没有预先开采，这意味着所有 Verge 开发人员都像其他人一样购买代币。 出块时间仅为30秒，奖励根据出块总量重新计算。 Verge 是一个关注个人隐私的公共账本，这个账本通过区块链技术进行验证。 Verge 有一个类似于比特币的公共账本，但与比特币不同的是，用户交易的公共地址会被隐藏。 Verge 使用多个匿名中心网络，例如 Tor 和 I2P 技术来隐藏用户的 IP 地址。 它是一种基于比特币技术的开源加密货币，其核心算法为Scrypt和x17。

15. 石巨人 (GNT)

Golem是一个建立在以太坊平台上的去中心化计算机算力租赁平台。 通过Golem平台，任何用户都可以成为算力的销售者和租用者。 用户无论是提供一台闲置的家用电脑，还是几个大型数据中心，都可以加入到Golem平台中。

基于以太坊的交易系统应用于Golem平台，结算算力提供者的收入和算力使用者需要支付的费用。

Golem平台支持节点发现和节点间通信。 每个接入系统的节点都通过加密和签名来保证接入的安全性和真实性。 信誉系统规范了去中心化系统中算力提供者的行为。 竞争的算力供应商通过争夺声誉排名来争取更多的算力订单。 如果算力提供商暂停算力，其声誉将下降。

16、比特币钻石，英文全称Bitcoin Diamond，简称BCD，由比特币钻石基金会运营。 2017-11-21，继比特现金（BCH）和比特黄金（BTG）之后的又一比特币分叉币。挖矿算法：优化X13（GPU），区块大小：8M，区块间隔：60秒

17.狗狗币诞生于2013年12月12日，基于Scrypt算法。 出块时间为60秒，币种总量为1000亿。

18. 分叉币 Bitcoin Private 将使用更大的区块（2 MB）、更短的区块时间（2.5 分钟）和抗 ASIC（对 GPU 更友好）的工作量证明（PoW）算法——Equihash 用于挖掘。 支付 Stealth Note 时，通过专门的零知识证明算法 zk-SNARKs6 维护区块链的完整性。

19. 沃尔顿链/Walton/WTC

沃尔顿链独特地将区块链技术与RFID技术相结合，致力于推动区块链技术从互联网到物联网的融合，实现价值互联网的理念。 沃尔顿链的宗旨是打造一条底层的商业生态公链。 在这条链上，商家可以根据自己的需要搭建各种子链。 该商业生态链的主要特点是所有数据（包括财产权属数据、商品流通数据等）真实可信、不可篡改、带有时间戳，从而打造一个诚实、真实、可靠的商业生态系统。可以成立。

通过奖励wtc，鼓励节点记账，支持母链网络各项功能的可靠运行； 各行业应用在创建子链时，需要消耗wtc，并保存一部分wtc来提供信用保证； 区块链应用数据贡献者实行奖励机制；

采用了基于改进版pos（proof of stake & trust）+pow相结合的混合共识机制。

20. DigiByte简称DGB，中文名称为Jitecoin。 DigiByte 是一个快速发展的全球去中心化支付网络和数字货币，DigiByte 能够以很少或没有费用实现快速交易。 比特币山寨币。 挖矿算法：五种（Sha256、Scrypt、Groestl、Skein 和 Qubit）

21. Hshare（HSR）是一种新型去中心化、开源、跨系统的双侧链数字加密货币，同时兼容区块链和DAG分布式系统。

Hcash 提供了一种平滑的执行方式。 一旦投票通过，所有决定都将记录在区块链上并执行，从而避免了矿工、矿池、交易所和钱包服务提供商的协调问题。 而且，PoW和PoS的挖矿过程是有机结合的，两者共同保证了系统的安全性。

22. Komodo (KMD) 是一种以隐私为中心的虚拟货币，结合了 Zcash 的匿名性和比特币的安全性。 它使用了由 Komodo 团队创建的一种新的共识机制，即延迟工作量证明 dPoW。 为 Komodo 提供两层安全保护，以防止操纵、对手攻击和系统故障。 延迟工作量证明是两个共识系统的混合体。 Komodo 有两层挖矿，有 2 种不同的工作量证明 (PoW)。

23. PIVX 是一种注重隐私的加密货币，是 DASH 的一个分支。 它是 DASH 和 ZCoin 的混合体，结合了隐私和权益证明 (PoS)。 PIVX 是唯一实现了 Zerocoin 白皮书中概述的所有要求的权益证明加密货币 (PoS)。 由于 PoS 共识机制，PIVX 比其他工作量证明 (PoW) 加密货币更节能。 PIVX 算法依赖于 PoS 系统，而不是像 DASH 这样矿工必须花费计算机资源来验证区块链的 PoW 算法。 因为它不需要挖矿来产生新的硬币。

24.MonaCoin诞生于2013年12月，拥有日本加密货币行业最活跃的用户群。 共识机制：PoW，算法：Lyra2RE(v2)，该算法暂无ASIC矿机，只能用显卡矿机挖矿。 出块时间：90s

25. Reddcoin 是一种社交货币，致力于在社交网络上打赏，让数字货币更接近大众。 做一个社交网络服务平台：切入社区、社交软件、广播媒体等，然后在这些平台流通ReddCoin。 未来的前景取决于他们切入的平台数量。 支持的平台越多，RDD的升值空间就越大。 Reddcoin采用Scrypt算法和GPU挖矿。 2014年2月2日发布，出块时间60秒。

26、Veritaseum VERI 2013年5月18日发布，Scrypt算法，每块20秒，交易确认速度快，几乎即时交易，5次确认就够了。 Veritaseum是一个智能合约，采用点对点的自治分布式网络，将资本市场与券商、银行、交易所分离，可以实现跨链，支持自定义配置，让非专业人士无需专业知识也能使用。第三者。 快速创建、配置、直接输入和管理智能合约。

27. SysCoin（SYS）采用Scrypt算法，出块时间1分钟，每个区块奖励128个币，币种总量20亿。 2014年8月16日发布。通过区块链打造去中心化市场； 通过全球联合挖矿，保证其他scrypt的发行。

28、Electroneum，Electroneum是一种加密货币或“替代货币”，Electroneum是世界上第一个设计应用于手机的加密货币。