PoW (Proof of Work)

• 工作原理：
  • 雜湊運算：尋找符合難度要求的雜湊值
  • 隨機數 (Nonce)：調整參數直到找到正確解
  • 難度調整：根據全網算力動態調整
• 安全模型：
  • 51% 攻擊門檻：需要控制超過一半算力
  • 誠實節點假設：多數節點是誠實的
  • 經濟激勵：挖礦獎勵 > 攻擊成本
• 比特幣實作：
  • SHA-256 雜湊：雙重 SHA-256 運算
  • 區塊時間：平均 10 分鐘
  • 難度調整：每 2016 個區塊 (約 2 週)
• 獎勵機制：
  • 區塊獎勵：新產生的加密貨幣
  • 交易費用：用戶支付的手續費
  • 減半機制：比特幣每 4 年減半
• 能源消耗：
  • 高耗能：全球電力消耗量級
  • 專用硬體：ASIC 礦機
  • 環境爭議：碳排放和永續性問題
• 優勢與劣勢：
  • 優勢：高安全性、去中心化、經過驗證
  • 劣勢：能源消耗大、交易速度慢、擴展性差

PoS (Proof of Stake)

• 基本概念：
  • 權益代替算力：持有代幣量決定驗證權重
  • 質押機制：鎖定代幣參與共識
  • 隨機選擇：基於權益的隨機驗證者選擇
• 以太坊 2.0 實作：
  • 32 ETH 最低質押：成為驗證者的門檻
  • 獎勵分配：基於參與度和正確性
  • 罰沒機制：惡意行為或離線懲罰
• 共識流程：
  • 提案階段：驗證者提出新區塊
  • 證明階段：其他驗證者投票確認
  • 最終確定：達到共識閾值
• Casper FFG：
  • 友好的最終性小工具：以太坊 PoS 實作
  • 檢查點：每 32 個區塊的最終確認
  • 罰沒條件：雙重投票、環繞投票
• 代幣經濟學：
  • 通膨控制：新發行代幣獎勵驗證者
  • 費用燃燒：EIP-1559 燃燒機制
  • 質押收益：年化報酬率 4-6%
• 優勢與挑戰：
  • 優勢：低能耗、快速最終確定、經濟安全
  • 挑戰：長程攻擊、初始分配、質押集中化

DPoS (Delegated Proof of Stake)

• 委託機制：
  • 投票選舉：代幣持有者投票選出代表
  • 代表節點：固定數量的驗證者（如 21 個）
  • 輪流出塊：代表按順序產生區塊
• EOS 實作：
  • 21 個 BP (Block Producers)：主要出塊節點
  • 備用 BP：候選節點，可隨時替換
  • 3 秒出塊：快速交易確認
• 治理機制：
  • 持續投票：可隨時改變投票
  • 代表更替：表現不佳的代表被替換
  • 鏈上治理：協定參數投票決定
• 獎勵分配：
  • 出塊獎勵：代表節點獲得主要獎勵
  • 投票者分紅：部分獎勵分配給投票者
  • 生態基金：支持開發和營運
• 安全模型：
  • 2/3+1 安全：需要超過 2/3 代表合作攻擊
  • 投票制衡：社群可投票移除惡意代表
  • 經濟懲罰：代表惡意行為的經濟損失
• 優勢與爭議：
  • 優勢：高 TPS、低延遲、民主治理
  • 爭議：中心化風險、財閥政治、投票率低

PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance)

• 拜占庭問題：
  • 惡意節點容忍：可容忍 1/3 惡意節點
  • 一致性保證：確保所有誠實節點達成一致
  • 活性保證：系統最終會取得進展
• 三階段共識：
  • 預準備 (Pre-prepare)：主節點提出提案
  • 準備 (Prepare)：節點廣播同意訊息
  • 提交 (Commit)：節點廣播承諾訊息
• 視圖變更 (View Change)：
  • 主節點失效：偵測並替換失效主節點
  • 超時機制：設定階段超時時間
  • 新視圖：選舉新主節點並重新開始
• Hyperledger Fabric 應用：
  • 排序服務：使用 PBFT 進行交易排序
  • 聯盟鏈適用：已知參與者身份
  • 權限網路：需要授權才能加入
• 效能特性：
  • 低延遲：通常 3 個訊息回合
  • 確定性最終確定：即時最終確認
  • 通信複雜度：O(n²) 訊息複雜度
• 適用場景：
  • 聯盟鏈和私有鏈
  • 金融機構間清算
  • 供應鏈管理
  • 政府間協作

區塊鏈共識協定比較