⑴ 簡析Colony：一個DAO基礎設施平台框架
隨著元宇宙、DAO等概念興起，除政治、藝術、開發、品牌和社區等眾多細分主題的DAO之外，旨在為DAO提供基礎設施服務的項目也不在少數，比如常見的協作平台Coordinape、Boardroom、DAOhaus，以及主打操作系統概念的Colony、Syndicate和Orca，甚至尚處於非常早期階段的Orange Protocol和SuperDAO等等。
這類項目，既有從較為成功的DeFi協議團隊衍生出來，在使用中逐漸完善功能的類型，也有基於組織理論原生構建的操作系統**。由於後者功能具備較靈活的可組合性，**本文將以其中的代表項目Colony為例，簡述去中心化治理及DAO操作系統框架。
Colony的（簡要）歷史
在進入加密行業前，Colony聯合創始人Jack Rose在倫敦經營的是珠寶生意，在與世界各地供貨商合作過程中，他發現整個供應鏈的激勵機制根本無法有效協調所有的利益相關體。參與某次線下活動時，一位客戶提出讓Jack Rose幫助創辦一家類似的公司，雖然這對他來說輕而易舉，但也他陷入了沉思，世界各地公司運作差異巨大，有沒有一種具備了激勵機制的自組織方式，讓每個人都能夠參與其中並協調一致？
這是Colony最初概念的源頭。2015年11月12日，Jack Rose帶著Colony參與了以太坊上線以來的首次開發者大會Devcon 1，第一次向以太坊社區佈道去中心化公司和組織的運作模式。這個概念引起了很多人的關注，後續搭建Colony社區過程中他還結識了另一位Colony的聯合創始人Collin Vine（如今已在YouTube任職）。
直到現在，DAO都還不是一個有了既定標准或內涵的概念，早期的Colony成員間更是存在不同的看法，但他們對此有一致的方向，那就是Colony要盡可能適應更廣泛的社區，幫助緊密合作的團隊完成更多的工作。
在這樣的方向指引下，團隊對公司理論、組織架構、聲譽系統等理論知識展開研究。2017年加密融資泡沫到達頂點，因擔憂證券合規的Colony減少對外發聲，直到2019年12月，在目睹越來越多的DAO涌現後，團隊決定重啟Discord，社區也開始出現認可Colony的聲音與志同道合的人。
2020年3月，團隊對外公布技術白皮書V.11，新版白皮書重塑了Colony Network的思想和原則，並明確了DAO各種組件、設計和交互規則，確認Colony作為DAO操作系統的定位。
作為Colony靈魂人物，Jack Rose認為DAO之於公司制，就像電子游戲之於棋盤游戲，前者只需要玩家在平台既定的游戲系統內就可以暢玩，而棋盤游戲既需要玩家熟悉復雜規則，還需要遵循既定的規則，否則無法進行。
雖然大方向上，DAO這種新的組織模式會被人們逐漸採用，但它最大的挑戰在於模式過於復雜，Colony希望能提供一個具備靈活的可組合性，並讓DAO組織運行的簡易框架。
Colony的核心思想與組件
隨著區塊鏈項目轉向去中心化，DAO也越來越成為替代傳統公司的主要敘事方式。讓我們先來回顧一下DAO的作用：1、為組織吸納新成員，讓團隊和社區完成擴展目標；2、確保治理在決策中發揮效用。3、找到基礎代幣應用的市場，產生穩定的現金流。
作為一個DAO操作系統，Colony的基本框架圍繞著域(domains)和賬號許可權展開，內嵌了包括融資、擴展、內部代幣、收入/激勵、質押功能，以及榮譽系統和安全等多個組件。這意味著，Colony對目前加密行業常用的以太坊多簽解決方案Gnosis Safe、投票治理平台Snapshot和社交管理工具CollabLand/Guild，甚至Web3內容平台Mirror都有可能集成合作。
註：11月4日，據Decrypt報道，Colony已經與Snapshot達成合作，後者將集成Colony的榮譽系統，讓投票治理更公平。
https://decrypt.co/85171/defi-tool-snapshot-using-colony-rebalance-power--voting
在區塊鏈世界，鏈上身份和聲譽系統至關重要，它們足以決定一個組織的決策方向。現階段，大部分DeFi協議評估的標准大多基於治理代幣的持有數量，而協議政治家(Protocol politicians)群里的崛起雖然讓整個決策過程加快了，但不免也讓去中心化治理變得「乏味」，甚至對現實公司治理映射，「模仿多於創新」。
與其他項目為避免「巨鯨」操控提案結果而試圖引入二次方投票不同，Colony盡量避免通過投票方式左右決策。它將鏈上聲譽歸入「共識相關(consensus relevant)」范疇，將成員獲得資金的能力以及在某一細分領域的非正式聲譽(包括組織中其他人的評價、態度和軟技能等要素)進行綜合，共同組成個人的鏈上聲譽，必要時可以作為決策層級依據。
除了聲譽系統，Colony還設計了Coin Machine機制，它允許項目方以固定的價格批量銷售有限數量的代幣，並依據供需在一定時間內自動調整價格，避免價格操縱、波動和搶跑等問題。
這種融資機制也給Colony Network產生了現金流的機會。作為控制Colony Network一系列子域的核心合約，Metacolony將從網路費用中分配一小部分，其餘大部分則分配給Colony用戶。根據官方給出的公示，如果使用Colony網路的DAO為100個(目前活躍的DAO數量遠超該數字)，即便每個DAO年度支出為，按照2%的費率，Colony Network的年收入將在
雖然這與以太坊除Gas費用之外不尋求租金有所不同，但Colony認為最終Metacolony的收入還是歸於用戶，Colony生態更廣泛的組件更多是以服務為導向，而非利潤。
CLNY 代幣分配
作為Colony Network原生代幣，CLNY總量2億枚，社區銷售後首日，CLNY的流通量為2700萬枚，所有代幣具體分配如下：
1、社區銷售：2000萬枚（10%），Coin Machine結束後很快解鎖，具體查看官方公告。
2、2015-2020年的私募融資：9600萬枚（48%），這部分包括很多以太坊社區OG，這部分參與者CLNY成本約3~15美金，社區銷售後單個參與者將解鎖10萬枚CLNY，隨後按區塊產出，2年內線性解鎖。
3、戰略銷售：2500萬枚（12.5%），此部分將用於Colony的市場、治理等用途。
4、團隊：2900萬枚（14.5%），2年內解鎖。
5、Metacolony：1000萬枚（5%），用於Colony開發、生態搭建等，不進行交易。
6、社區激勵：500萬枚（2.5%）
7、戰略儲備金：1500萬枚（7.5%），由基金會管理，此部分明確不分配給團隊個人，若超出需求將進行銷毀。
2015年11月，Colony應當是以太坊社區中最早提出分布式協作的項目之一，並涉及了今日依然在熱議的自治、聲譽系統等重要概念。通過為社區成員創造持續價值的文化空間，Colony致力於為即將到來的DAO浪潮提供可擴展的組織協作方案，它將推動更多區塊鏈項目朝著社區驅動的方向演進。
Colony WebSite: https://colony.io/
Colony Twitter: https://twitter.com/joincolony
Colony Blog: https://blog.colony.io/
Colony WhitePaper: https://colony.io/whitepaper.pdf
Colony in Devcon1: https://www.youtube.com/watch?v=lniTZZW0_YE
⑵ 共識演算法（分布式下的一致性演算法)
共識演算法（分布式下的一致性演算法)
業務場景：
達到的效果：可以保證在過半節點正常的情況下，所有的寫入操作不會丟失。
Zab協議並不保證強一致性，也不是弱一致性，而是在一定限度內的強一致性。
缺點：
缺點：
區塊鏈1.0時代：比特幣，作用就是去中心化的貨幣，無國界的貨幣，並且可以匿名性的洗錢
區塊鏈2.0時代：代表以太坊，引入了智能合約的概念，發揮其 去中心化和不可篡改的特性，可以實現類似於 追溯、拍賣、投票等業務場景。
區塊鏈技術的實用價值：
無國界虛擬貨幣：比如比特幣
模擬一個拍賣（盲拍）的業務場景（發布一個智能合約）：
https://solidity.readthedocs.io/en/latest/solidity-by-example.html#simple-open-auction
普通拍賣可能存在的問題：
商家A對一件商品公開自己要拍賣，智能合約在規定的時間會開始接收競拍（參與競拍的人需要支付保證金（以太幣）），在競拍結束之後，價格最高的人會完成支付，其它的買家的保證金會全額退回。
然後成功競拍者可以線下去找賣家，證明自己的身份，然後獲得競拍品
優點：
工作量證明（ PoW ）通過計算一個數值（ nonce ），使得拼揍上交易數據後內容的 Hash 值滿足規定的上限。在節點成功找到滿足的Hash值之後，會馬上對全網進行廣播打包區塊，網路的節點收到廣播打包區塊，會立刻對其進行驗證
舉個例子，給定的一個基本的字元串」Hello, world!」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元串後面添加一個叫做nonce的整數值，對變更後（添加nonce)的字元串進行SHA256哈希運算，
如果得到的哈希結果（以16進制的形式表示）是以」0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標。我們需要不停的遞增nonce值，對得到的新字元串進行SHA256哈希運算。
按照這個規則，我們需要經過4251次計算才能找到恰好前4位為0的哈希散列。計算完之後，然後廣播到臨近的節點，臨近的節點會先驗算交易是否合法（金額是否異常），再驗證hash值是否滿足要求，都滿足的話，就會把這個數據塊添加到自己的賬本中。
優點：
缺點：
計算難度值會因為 股東持有的 幣齡而降低，為挖礦無形之中提升了壁壘，股東更容易算出結果值（難度更低），從而避免過度的算力競爭，節省電力，提升系統的穩定性。
因為從人性的角度，股東更不願意讓不安全的現象發生（比如攻擊主鏈)，因為會造成信用降低，從而自己的礦幣貶值。讓股東擁有更多的記賬權，讓主鏈更安全。
擴展可以參考我之前寫過的zab專欄博客
https://www.jianshu.com/nb/32551354
⑶ 一文了解以太坊挖礦演算法及算力規模2020-09-09
以太坊網路中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實現。當前以太坊也是採用POW共識機制，但是與比特幣的POW挖礦有點不一樣，以太坊挖礦難度是可以調節的。以太坊系統有一個特殊的公式用來計算之後的每個塊的難度。如果某個區塊比前一個區塊驗證的更快，以太坊協議就會增加區塊的難度。通過調整區塊難度，就可以調整驗證區塊所需的時間。
以太坊採用的是Ethash 加密演算法，在挖礦的過程中，需要讀取內存並存儲 DAG 文件。由於每一次讀取內寸的帶寬都是有限的，而現有的計算機技術又很難在這個問題上有質的突破，所以無論如何提高計算機的運算效率，內存讀取效率仍然不會有很大的改觀。因此，從某種意義上來說，以太坊的Ethash加密演算法具有「抗ASIC性」。
加密演算法的不同，導致了比特幣和以太坊的挖礦設備、算力規模差異很大。
目前，比特幣挖礦設備主要是專業化程度非常高的ASIC 礦機，單台礦機的算力最高達到了 112T/s（神馬M30S++礦機），全網算力的規模達到139.92EH/s。
以太坊的挖礦設備主要是顯卡礦機和定製GPU礦機，專業化的ASIC礦機非常少，一方面是因為以太坊挖礦演算法的「抗 ASIC 性」提高了研發ASIC礦機的門檻，另一方面是因為以太坊升級到2.0之後共識機制會轉型為PoS，礦機無法繼續挖。
和ASIC礦機相比，顯卡礦機在算力上相差了2個量級。目前，主流的顯卡礦機（8卡）算力約為420MH/s，比較領先的定製GPU礦機算力約在500M~750M，以太坊全網算力約為235.39TH/s。
從過去兩年的時間維度上看，以太坊的全網算力增長相對緩慢。
以太坊協議規定，難度的動態調整方式是使全網創建新區塊的時間間隔為15秒，網路用15秒時間創建區塊鏈，這樣一來，因為時間太快，系統的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時間發動51%（也就是半數以上）的算力去修改歷史數據。
⑷ 區塊鏈的共識機制
一、區塊鏈共識機制的目標
區塊鏈是什麼？簡單而言，區塊鏈是一種去中心化的資料庫，或可以叫作分布式賬本(distributed ledger)。傳統上所有的資料庫都是中心化的，例如一間銀行的賬本就儲存在銀行的中心伺服器里。中心化資料庫的弊端是數據的安全及正確性全系於資料庫運營方（即銀行），因為任何能夠訪問中心化資料庫的人（如銀行職員或黑客）都可以破壞或修改其中的數據。
而區塊鏈技術則容許資料庫存放在全球成千上萬的電腦上，每個人的賬本通過點對點網路進行同步，網路中任何用戶一旦增加一筆交易，交易信息將通過網路通知其他用戶驗證，記錄到各自的賬本中。區塊鏈之所以得其名是因為它是由一個個包含交易信息的區塊（block）從後向前有序鏈接起來的數據結構。
很多人對區塊鏈的疑問是，如果每一個用戶都擁有一個獨立的賬本，那麼是否意味著可以在自己的賬本上添加任意的交易信息，而成千上萬個賬本又如何保證記賬的一致性？ 解決記賬一致性問題正是區塊鏈共識機制的目標 。區塊鏈共識機制旨在保證分布式系統里所有節點中的數據完全相同並且能夠對某個提案（proposal）（例如是一項交易紀錄）達成一致。然而分布式系統由於引入了多個節點，所以系統中會出現各種非常復雜的情況；隨著節點數量的增加，節點失效或故障、節點之間的網路通信受到干擾甚至阻斷等就變成了常見的問題，解決分布式系統中的各種邊界條件和意外情況也增加了解決分布式一致性問題的難度。
區塊鏈又可分為三種：
公有鏈：全世界任何人都可以隨時進入系統中讀取數據、發送可確認交易、競爭記賬的區塊鏈。公有鏈通常被認為是「完全去中心化「的，因為沒有任何人或機構可以控制或篡改其中數據的讀寫。公有鏈一般會通過代幣機制鼓勵參與者競爭記賬，來確保數據的安全性。
聯盟鏈：聯盟鏈是指有若干個機構共同參與管理的區塊鏈。每個機構都運行著一個或多個節點，其中的數據只允許系統內不同的機構進行讀寫和發送交易，並且共同來記錄交易數據。這類區塊鏈被認為是「部分去中心化」。
私有鏈：指其寫入許可權是由某個組織和機構控制的區塊鏈。參與節點的資格會被嚴格的限制，由於參與的節點是有限和可控的，因此私有鏈往往可以有極快的交易速度、更好的隱私保護、更低的交易成本、不容易被惡意攻擊、並且能夠做到身份認證等金融行業必須的要求。相比中心化資料庫，私有鏈能夠防止機構內單節點故意隱瞞或篡改數據。即使發生錯誤，也能夠迅速發現來源，因此許多大型金融機構在目前更加傾向於使用私有鏈技術。
二、區塊鏈共識機制的分類
解決分布式一致性問題的難度催生了數種共識機制，它們各有其優缺點，亦適用於不同的環境及問題。被眾人常識的共識機制有：
l PoW（Proof of Work）工作量證明機制
l PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制
l DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制
l PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法
l DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法
l SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議
l RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法
l Pool驗證池共識機制
（一）PoW（Proof of Work）工作量證明機制
1. 基本介紹
在該機制中，網路上的每一個節點都在使用SHA256哈希函數(hash function) 運算一個不斷變化的區塊頭的哈希值 (hash sum)。 共識要求算出的值必須等於或小於某個給定的值。 在分布式網路中，所有的參與者都需要使用不同的隨機數來持續計算該哈希值，直至達到目標為止。當一個節點的算出確切的值，其他所有的節點必須相互確認該值的正確性。之後新區塊中的交易將被驗證以防欺詐。
在比特幣中，以上運算哈希值的節點被稱作「礦工」，而PoW的過程被稱為「挖礦」。挖礦是一個耗時的過程，所以也提出了相應的激勵機制（例如向礦工授予一小部分比特幣）。PoW的優點是完全的去中心化，其缺點是消耗大量算力造成了的資源浪費，達成共識的周期也比較長，共識效率低下，因此其不是很適合商業使用。
2. 加密貨幣的應用實例
比特幣(Bitcoin) 及萊特幣(Litecoin)。以太坊(Ethereum) 的前三個階段（Frontier前沿、Homestead家園、Metropolis大都會）皆採用PoW機制，其第四個階段 (Serenity寧靜) 將採用權益證明機制。PoW適用於公有鏈。
PoW機制雖然已經成功證明了其長期穩定和相對公平，但在現有框架下，採用PoW的「挖礦」形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運算來保證工作量公平，並沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS（5筆/秒），以太坊目前受到單區塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。
3. 簡圖理解模式
（ps：其中A、B、C、D計算哈希值的過程即為「挖礦」，為了犒勞時間成本的付出，機制會以一定數量的比特幣作為激勵。）
（Ps：PoS模式下，你的「挖礦」收益正比於你的幣齡(幣的數量*天數)，而與電腦的計算性能無關。我們可以認為任何具有概率性事件的累計都是工作量證明，如淘金。假設礦石含金量為p% 質量, 當你得到一定量黃金時，我們可以認為你一定挖掘了1/p 質量的礦石。而且得到的黃金數量越多，這個證明越可靠。）
（二）PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制
1.基本介紹
PoS要求人們證明貨幣數量的所有權，其相信擁有貨幣數量多的人攻擊網路的可能性低。基於賬戶余額的選擇是非常不公平的，因為單一最富有的人勢必在網路中佔主導地位，所以提出了許多解決方案。
在股權證明機制中，每當創建一個區塊時，礦工需要創建一個稱為「幣權」的交易，這個交易會按照一定比例預先將一些幣發給礦工。然後股權證明機制根據每個節點持有代幣的比例和時間（幣齡）， 依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，以加快節點尋找隨機數的速度，縮短達成共識所需的時間。
與PoW相比，PoS可以節省更多的能源，更有效率。但是由於挖礦成本接近於0，因此可能會遭受攻擊。且PoS在本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算，所以它同樣難以應用於商業領域。
2.數字貨幣的應用實例
PoS機制下較為成熟的數字貨幣是點點幣（Peercoin）和未來幣（NXT），相比於PoW，PoS機制節省了能源，引入了" 幣天 "這個概念來參與隨機運算。PoS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設備（礦機、顯卡等）。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關，即持有人持有的代幣數量越多、時間越長，其所能簽署、生產下一個區塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區塊，持幣人持有的幣天即清零，重新進入新的循環。
PoS適用於公有鏈。
3.區塊簽署人的產生方式
在PoS機制下，因為區塊的簽署人由隨機產生，則一些持幣人會長期、大額持有代幣以獲得更大概率地產生區塊，盡可能多的去清零他的"幣天"。因此整個網路中的流通代幣會減少，從而不利於代幣在鏈上的流通，價格也更容易受到波動。由於可能會存在少量大戶持有整個網路中大多數代幣的情況，整個網路有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向於中心化。相對於PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對於分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩定情況下，每秒大約能產生12筆交易，但因為網路延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區塊。長期來看，生成區塊（即清零"幣天"）的速度遠低於網路傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區塊進行"限速"，來保證主網的穩定運行。
4.簡圖理解模式
（PS：擁有越多「股份」權益的人越容易獲取賬權。是指獲得多少貨幣，取決於你挖礦貢獻的工作量，電腦性能越好，分給你的礦就會越多。）
（在純POS體系中，如NXT，沒有挖礦過程，初始的股權分配已經固定，之後只是股權在交易者之中流轉，非常類似於現實世界的股票。）
（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制
1.基本介紹
由於PoS的種種弊端，由此比特股首創的權益代表證明機制 DPoS（Delegated Proof of Stake）應運而生。DPoS 機制中的核心的要素是選舉，每個系統原生代幣的持有者在區塊鏈裡面都可以參與選舉，所持有的代幣余額即為投票權重。通過投票，股東可以選舉出理事會成員，也可以就關系平台發展方向的議題表明態度，這一切構成了社區自治的基礎。股東除了自己投票參與選舉外，還可以通過將自己的選舉票數授權給自己信任的其它賬戶來代表自己投票。
具體來說， DPoS由比特股（Bitshares）項目組發明。股權擁有著選舉他們的代表來進行區塊的生成和驗證。DPoS類似於現代企業董事會制度，比特股系統將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表， 然後由這些代表負責生成和驗證區塊。 持幣者若想稱為一名代表，需先用自己的公鑰去區塊鏈注冊，獲得一個長度為32位的特有身份標識符，股東可以對這個標識符以交易的形式進行投票，得票數前101位被選為代表。
代表們輪流產生區塊，收益（交易手續費）平分。DPoS的優點在於大幅減少了參與區塊驗證和記賬的節點數量，從而縮短了共識驗證所需要的時間，大幅提高了交易效率。從某種角度來說，DPoS可以理解為多中心系統，兼具去中心化和中心化優勢。優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證。缺點：投票積極性不高，絕大部分代幣持有者未參與投票；另整個共識機制還是依賴於代幣，很多商業應用是不需要代幣存在的。
DPoS機制要求在產生下一個區塊之前，必須驗證上一個區塊已經被受信任節點所簽署。相比於PoS的" 全民挖礦 "，DPoS則是利用類似" 代表大會 "的制度來直接選取可信任節點，由這些可信任節點（即見證人）來代替其他持幣人行使權力，見證人節點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區塊人不是經常在線而可能導致的產塊延誤等一系列問題。 DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網路延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業級的應用。 因為公信寶數據交易所對於數據交易頻率要求高，更要求長期穩定性，因此DPoS是非常不錯的選擇。
2. 股份授權證明機制下的機構與系統
理事會是區塊鏈網路的權力機構，理事會的人選由系統股東（即持幣人）選舉產生，理事會成員有權發起議案和對議案進行投票表決。
理事會的重要職責之一是根據需要調整系統的可變參數，這些參數包括：
l 費用相關：各種交易類型的費率。
l 授權相關：對接入網路的第三方平台收費及補貼相關參數。
l 區塊生產相關：區塊生產間隔時間，區塊獎勵。
l 身份審核相關：審核驗證異常機構賬戶的信息情況。
l 同時，關繫到理事會利益的事項將不通過理事會設定。
在Finchain系統中，見證人負責收集網路運行時廣播出來的各種交易並打包到區塊中，其工作類似於比特幣網路中的礦工，在採用 PoW(工作量證明)的比特幣網路中，由一種獲獎概率取決於哈希算力的抽彩票方式來決定哪個礦工節點產生下一個區塊。而在採用 DPoS 機制的金融鏈網路中，通過理事會投票決定見證人的數量，由持幣人投票來決定見證人人選。入選的活躍見證人按順序打包交易並生產區塊，在每一輪區塊生產之後，見證人會在隨機洗牌決定新的順序後進入下一輪的區塊生產。
3. DPoS的應用實例
比特股(bitshares) 採用DPoS。DPoS主要適用於聯盟鏈。
4.簡圖理解模式
（四）PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法
1. 基本介紹
PBFT是一種基於嚴格數學證明的演算法，需要經過三個階段的信息交互和局部共識來達成最終的一致輸出。三個階段分別為預備 (pre-prepare)、准備 (prepare)、落實 (commit)。PBFT演算法證明系統中只要有2/3比例以上的正常節點，就能保證最終一定可以輸出一致的共識結果。換言之，在使用PBFT演算法的系統中，至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點 (包括有意誤導、故意破壞系統、超時、重復發送消息、偽造簽名等的節點，又稱為」拜占庭」節點)。
2. PBFT的應用實例
著名聯盟鏈Hyperledger Fabric v0.6採用的是PBFT，v1.0又推出PBFT的改進版本SBFT。PBFT主要適用於私有鏈和聯盟鏈。
3. 簡圖理解模式
上圖顯示了一個簡化的PBFT的協議通信模式，其中C為客戶端，0 – 3表示服務節點，其中0為主節點，3為故障節點。整個協議的基本過程如下：
(1) 客戶端發送請求，激活主節點的服務操作；
(2) 當主節點接收請求後，啟動三階段的協議以向各從節點廣播請求；
(a) 序號分配階段，主節點給請求賦值一個序號n，廣播序號分配消息和客戶端的請求消息m，並將構造pre-prepare消息給各從節點；
(b) 交互階段，從節點接收pre-prepare消息，向其他服務節點廣播prepare消息；
(c) 序號確認階段，各節點對視圖內的請求和次序進行驗證後，廣播commit消息，執行收到的客戶端的請求並給客戶端響應。
(3) 客戶端等待來自不同節點的響應，若有m+1個響應相同，則該響應即為運算的結果；
（五）DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法
1. 基本介紹
DBFT建基於PBFT的基礎上，在這個機制當中，存在兩種參與者，一種是專業記賬的「超級節點」，一種是系統當中不參與記賬的普通用戶。普通用戶基於持有權益的比例來投票選出超級節點，當需要通過一項共識（記賬）時，在這些超級節點中隨機推選出一名發言人擬定方案，然後由其他超級節點根據拜占庭容錯演算法（見上文），即少數服從多數的原則進行表態。如果超過2/3的超級節點表示同意發言人方案，則共識達成。這個提案就成為最終發布的區塊，並且該區塊是不可逆的，所有裡面的交易都是百分之百確認的。如果在一定時間內還未達成一致的提案，或者發現有非法交易的話，可以由其他超級節點重新發起提案，重復投票過程，直至達成共識。
2. DBFT的應用實例
國內加密貨幣及區塊鏈平台NEO是 DBFT演算法的研發者及採用者。
3. 簡圖理解模式
假設系統中只有四個由普通用戶投票選出的超級節點，當需要通過一項共識時，系統就會從代表中隨機選出一名發言人擬定方案。發言人會將擬好的方案交給每位代表，每位代表先判斷發言人的計算結果與它們自身紀錄的是否一致，再與其它代表商討驗證計算結果是否正確。如果2/3的代表一致表示發言人方案的計算結果是正確的，那麼方案就此通過。
如果只有不到2/3的代表達成共識，將隨機選出一名新的發言人，再重復上述流程。這個體系旨在保護系統不受無法行使職能的領袖影響。
上圖假設全體節點都是誠實的，達成100%共識，將對方案A（區塊）進行驗證。
鑒於發言人是隨機選出的一名代表，因此他可能會不誠實或出現故障。上圖假設發言人給3名代表中的2名發送了惡意信息（方案B），同時給1名代表發送了正確信息（方案A）。
在這種情況下該惡意信息（方案B）無法通過。中間與右邊的代表自身的計算結果與發言人發送的不一致，因此就不能驗證發言人擬定的方案，導致2人拒絕通過方案。左邊的代表因接收了正確信息，與自身的計算結果相符，因此能確認方案，繼而成功完成1次驗證。但本方案仍無法通過，因為不足2/3的代表達成共識。接著將隨機選出一名新發言人，重新開始共識流程。
上圖假設發言人是誠實的，但其中1名代表出現了異常；右邊的代表向其他代表發送了不正確的信息（B）。
在這種情況下發言人擬定的正確信息（A）依然可以獲得驗證，因為左邊與中間誠實的代表都可以驗證由誠實的發言人擬定的方案，達成2/3的共識。代表也可以判斷到底是發言人向右邊的節點說謊還是右邊的節點不誠實。
（六）SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議
1. 基本介紹
SCP 是 Stellar (一種基於互聯網的去中心化全球支付協議) 研發及使用的共識演算法，其建基於聯邦拜占庭協議 (Federated Byzantine Agreement) 。傳統的非聯邦拜占庭協議（如上文的PBFT和DBFT）雖然確保可以通過分布式的方法達成共識，並達到拜占庭容錯 (至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點)，它是一個中心化的系統 — 網路中節點的數量和身份必須提前知曉且驗證過。而聯邦拜占庭協議的不同之處在於它能夠去中心化的同時，又可以做到拜占庭容錯。
[…]
（七）RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法
1. 基本介紹
RPCA是Ripple（一種基於互聯網的開源支付協議，可以實現去中心化的貨幣兌換、支付與清算功能）研發及使用的共識演算法。在 Ripple 的網路中，交易由客戶端（應用）發起，經過追蹤節點（tracking node）或驗證節點（validating node）把交易廣播到整個網路中。追蹤節點的主要功能是分發交易信息以及響應客戶端的賬本請求。驗證節點除包含追蹤節點的所有功能外，還能夠通過共識協議，在賬本中增加新的賬本實例數據。
Ripple 的共識達成發生在驗證節點之間，每個驗證節點都預先配置了一份可信任節點名單，稱為 UNL（Unique Node List）。在名單上的節點可對交易達成進行投票。共識過程如下：
(1) 每個驗證節點會不斷收到從網路發送過來的交易，通過與本地賬本數據驗證後，不合法的交易直接丟棄，合法的交易將匯總成交易候選集（candidate set）。交易候選集裡面還包括之前共識過程無法確認而遺留下來的交易。
(2) 每個驗證節點把自己的交易候選集作為提案發送給其他驗證節點。
(3) 驗證節點在收到其他節點發來的提案後，如果不是來自UNL上的節點，則忽略該提案；如果是來自UNL上的節點，就會對比提案中的交易和本地的交易候選集，如果有相同的交易，該交易就獲得一票。在一定時間內，當交易獲得超過50%的票數時，則該交易進入下一輪。沒有超過50%的交易，將留待下一次共識過程去確認。
(4) 驗證節點把超過50%票數的交易作為提案發給其他節點，同時提高所需票數的閾值到60%，重復步驟(3)、步驟(4)，直到閾值達到80%。
(5) 驗證節點把經過80%UNL節點確認的交易正式寫入本地的賬本數據中，稱為最後關閉賬本（last closed ledger），即賬本最後（最新）的狀態。
在Ripple的共識演算法中，參與投票節點的身份是事先知道的，因此，演算法的效率比PoW等匿名共識演算法要高效，交易的確認時間只需幾秒鍾。這點也決定了該共識演算法只適合於聯盟鏈或私有鏈。Ripple共識演算法的拜占庭容錯（BFT）能力為（n-1）/5，即可以容忍整個網路中20%的節點出現拜占庭錯誤而不影響正確的共識。
2. 簡圖理解模式
共識過程節點交互示意圖：
共識演算法流程：
（八）POOL驗證池共識機制
Pool驗證池共識機制是基於傳統的分布式一致性演算法（Paxos和Raft）的基礎上開發的機制。Paxos演算法是1990年提出的一種基於消息傳遞且具有高度容錯特性的一致性演算法。過去, Paxos一直是分布式協議的標准，但是Paxos難於理解，更難以實現。Raft則是在2013年發布的一個比Paxos簡單又能實現Paxos所解決問題的一致性演算法。Paxos和Raft達成共識的過程皆如同選舉一樣，參選者需要說服大多數選民(伺服器)投票給他，一旦選定後就跟隨其操作。Paxos和Raft的區別在於選舉的具體過程不同。而Pool驗證池共識機制即是在這兩種成熟的分布式一致性演算法的基礎上，輔之以數據驗證的機制。
⑸ Quorum介紹（二）：Quorum共識
我們知道，公共區塊鏈是一個開放的社區，任何人都能夠成為一個節點加入網路，在網路中計算，提交交易到鏈上等，因此公鏈是沒有信任基礎的，所以公鏈的共識第一要義就是證明交易的合法性和真實性，防止惡意成員的搗亂，效率不是第一要義。
與公鏈的環境不同，有準入門檻的企業鏈或者聯盟鏈鏈上的所有成員在加入時實際上是已經獲得了某些認可和許可的，因此企業鏈/聯盟鏈上的成員是有一定信任基礎的。在企業級鏈上我們沒有必要使用POW或者POS這種浪費算力或者低效的交易共識。
Quorum提供了多種共識供用戶採用：
在講Raft前，有必要提一下Paxos演算法，Paxos演算法是Leslie Lamport於1990年提出的基於消息傳遞的一致性演算法。然而，由於演算法難以理解，剛開始並沒有得到很多人的重視。其後，作者在八年後，也就是1998年在ACM上正式發表，然而由於演算法難以理解還是沒有得到重視。而作者之後用更容易接受的方法重新發表了一篇論文《Paxos Made Simple》。
可見，Paxos演算法是有多難理解，即便現在放到很多高校，依然很多學生、教授都反饋Paxos演算法難以理解。同時，Paxos演算法在實際應用實現的時候也是比較困難的。這也是為什麼會有後來Raft演算法的提出。
Raft是實現分布式共識的一種演算法，主要用來管理日誌復制的一致性。它和Paxos的功能是一樣，但是相比於Paxos，Raft演算法更容易理解、也更容易應用到實際的系統當中。而Raft演算法也是聯盟鏈採用比較多的共識演算法。
Raft一共有三種角色狀態：
每個節點上都有一個倒計時器 (Election Timeout)，時間隨機在 150ms 到 300ms 之間。有幾種情況會重設 Timeout：
在分布式系統中，「時間同步」是一個很大的難題，因為每個機器可能由於所處的地理位置、機器環境等因素會不同程度造成時鍾不一致，但是為了識別「過期信息」，時間信息必不可少。
Raft演算法中就採用任期（Term）的概念，將時間切分為一個個的Term（同時每個節點自身也會本地維護currentTerm），可以認為是邏輯上的時間，如下圖。
每一任期的開始都是一次領導人選舉，一個或多個候選人（Candidate）會嘗試成為領導（Leader）。如果一個人贏得選舉，就會在該任期（Term）內剩餘的時間擔任領導人。在某些情況下，選票可能會被評分，有可能沒有選出領導人（如t3），那麼，將會開始另一任期，並且立刻開始下一次選舉。Raft 演算法保證在給定的一個任期最少要有一個領導人。
特殊情況的處理
在以太坊中節點本身並沒有角色，因此在使用Raft共識時，我們稱leader節點為挖礦節點：
Raft共識機制本身保證了同一時間點最多隻有一個leader，因此用在以太坊模型下也只會有一個出塊者，避免了同時出塊或者算力浪費的情況。
在單筆交易(transaction)層級Quorum依然沿用了Ethereum的p2p傳輸機制，只有在塊(block)層級才會使用Raft的傳輸機制。
其中需要注意到一點，在以太坊中一個節點收到塊以後就會立刻記賬，而在Quorum模型中，一個塊的記錄必須遵從Raft協議，每個節點從leader處收到塊以後必須報告給leader確認收到以後，再由leader通知各個節點進行數據提交（記錄）
在Quorum模型中新塊的信息是很有可能和已有塊的header信息不符的，最容易發生這種情況的就是選舉人更替(挖礦節點更替)，具體描述如下：
假設有兩個節點，node1和node2，node1是現有的leader，現有鏈的最新區塊是0xbeda，它的父區塊是0xacaa
對塊「Extends」或者「No-op」的標記是在更上層完成的，並不由raft本身log記錄機制實現。因為在raft內部，信息並不分為有效或無效，只有在區塊鏈層面才會有有效區塊和無效區塊的含義。
需要注意的是，Quorum的這種記賬機制和本身Ethereum的LVC（最長鏈機制）是完全不一樣的
Quorum的出塊頻率默認是50ms一個塊，可以通過 --raftblocktime 參數進行設置
投機性出塊並不是以太坊Raft共識嚴格必須的核心機制之一，但是是提高出塊效率的有效方式。
一個塊從產生到實際被記錄賬本，走完整個raft流程實際上是需要耗費一定時間的。如果我們在上一個塊被計入賬本之後才開始產生下一個塊，那麼一筆交易想要成功被記錄需要耗費較多的時間。
而在投機性(speculative minting)出塊中，我們允許一個新塊在它的父塊被記錄之前就產生。依次類推，在一段時間內，實際上會產生「投機鏈（speculative chain）」，在祖先塊沒有被記錄進賬本之前，一個一個新塊已經依據先後關系組成了一條臨時鏈片段，等待被記錄。
對於已經被記錄進投機塊的交易，我們會在交易池中標記為「proposed transaction」
在之前我們說過，raft機制中是存在兩個挖礦節點比賽出塊和記賬的可能的，因此，一條 speculative chain 中間的某一個塊很有可能不會被記錄到賬本中。在這種情況下我們也會把交易池中的交易狀態修改回來。( InvalidRaftOrdering event)
目前，Quorum並沒有對speculative chain的長度做限制，但在它的未來規劃中有講這一點作為一個性能優化項加入開發進程，最後能夠讓一個挖礦節點即使在raft共識層沒有連接上，它也可以離線一直出塊，產生自己的speculative chain。
一條speculative chain有以下幾個部分構成：
在塊傳輸上我們使用etcd Raft默認的http傳輸，當然使用Ethereum的p2p傳輸也是可以的，但是Quorum團隊在測試階段發現，高負載的狀態下，ETH p2p的性能沒有raft p2p性能好。
Quorum使用50400埠作為Raft 傳輸層的默認監聽埠，也可以通過 --raftport 參數自行設置。
一個集群默認的最大節點個數是25，可以通過 --maxpeers N 來設置，N是你的最大節點個數。
Quorum的IBFT其實就是PBFT，只不過摩根大通把它自己實現的PBFT叫做IBFT，所以IBFT的基本原理與PBFT是一樣的，所不同的是,IBFT中把出塊和共識的三階段結合在了一起。
Istanbul BFT修改自PBFT演算法，包括三個階段： PRE-PREPARE 、 PREPARE 以及 COMMIT 。在 N 個節點的網路中，這個演算法可以最多容忍 F 個出錯節點，其中 N=3F+1 。
Istanbul BFT演算法中的區塊是確定的，意味著鏈沒有分叉並且合法的區塊一定是在鏈中。為了防止一個惡意節點生成不同的鏈，在把區塊插入進鏈 之前 ，每一個validator必須把 2F + 1 個 COMMIT 簽名放進區塊頭的 extraData 欄位。因此，區塊是可以自我驗證的（因為有簽名）並且輕客戶端也支持。
然而動態的 extraData 也會造成區塊的hash計算問題。因為一個區塊可以被不同的validator驗證，所以會有不同的簽名，所以同一個區塊會有不同的hash。解決的方案是，計算區塊hash的時候把 COMMIT 簽名排除在外。因此我們任然可以在保證block hash一致性的同時進行共識驗證。
由於Ethereum POA共識在網上已經有大量介紹，筆者這里就不多做詳細介紹，只對重要特點和POA的工作流程做大致梳理和介紹
⑹ 以太坊是如何挖礦的
以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的，每塊采礦率為 5 個以太幣。以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同，對於每一筆交易，礦工都可以使用計算機通過散列函數運行該塊的唯一標題元數據，反復，快速地猜出答案，直到其中一人獲勝。
許多新用戶認為，采礦的唯一目的是以不需要中央發行人的方式生成醚（參見我們的指南「 什麼是以太？ 」）。這是真的。以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的，每塊采礦率為 5 個以太幣。但是，采礦還有至少同樣重要的作用。通常，銀行負責保持交易的准確記錄。他們確保資金不是憑空創造的，用戶不會多次欺騙和花錢。不過，區塊鏈引入了一種全新的記錄保存方式，整個網路而不是中介，驗證交易並將其添加到公共分類賬。
Ethereum Mining
盡管「無信任」或「信任最小化」貨幣體系是目標，但仍有人需要確保財務記錄的安全，確保沒有人作弊。采礦是使分散記錄成為可能的創新之一。礦工們在防止欺詐行為（特別是醚的雙重支出）方面達成了關於交易歷史的共識 – 這是一個有趣的問題，在分散化的貨幣未在工作區塊鏈之前解決。雖然以太坊正在研究其他方法來就交易的有效性達成共識，但采礦目前將平台保持在一起。
挖礦如何工作
今天，以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同。對於每一筆交易，礦工都可以使用計算機反復，快速地猜出答案，直到其中一人獲勝。更具體地說，礦工將通過散列函數（它將返回一個固定長度，亂序的數字和字母串，它看起來是隨機的）運行該塊的唯一標題元數據（包括時間戳和軟體版本），只改變』nonce 值』 ，這會影響結果散列值。
如果礦工發現與當前目標相匹配的散列，礦工將被授予乙醚並在整個網路上廣播該塊，以便每個節點驗證並添加到他們自己的分類賬副本中。如果礦工 B 找到散列，礦工 A 將停止對當前塊的工作，並為下一個塊重復該過程。礦工很難在這場比賽中作弊。沒有辦法偽造這項工作，並拿出正確的謎題答案。這就是為什麼解謎方法被稱為「工作證明」。
另一方面，其他人幾乎沒有時間驗證散列值是否正確，這正是每個節點所做的。大約每 12-15 秒，一名礦工發現一塊石塊。如果礦工開始比這更快或更慢地解決謎題，演算法會自動重新調整問題的難度，以便礦工回彈到大約 12 秒鍾的解決時間。
礦工們隨機賺取這些乙醚，他們的盈利能力取決於運氣和他們投入的計算能力。以太坊使用的具體工作量驗證演算法被稱為』ethash』，旨在需要更多的內存，使得使用昂貴的 ASIC 難以開采 – 特殊的采礦晶元，現在是唯一可以盈利的比特幣開采方式。
從某種意義上講，ethash 可能已經成功實現了這一目的，因為專用 ASIC 不可用於以太坊（至少目前還沒有）。此外，由於以太坊旨在從工作證明挖掘轉變為「股權證明」（我們將在下面討論），購買 ASIC 可能不是一個明智的選擇，因為它可能無法長久證明有用。
轉移到股權證明
不過，以太坊可能永遠不需要礦工。開發人員計劃放棄工作證明，即網路當前使用的演算法來確定哪些交易是有效的，並保護其免受篡改，以支持股權證明，網路由代幣所有者擔保。如果並且當該演算法推出時，股權證明可以成為實現分布式共識的一種手段，而該共識使用更少的資源。
⑺ 以太坊架構是怎麼樣的
以太坊最上層的是DApp。它通過Web3.js和智能合約層進行交換。所有的智能合約都運行在EVM（以太坊虛擬機）上，並會用到RPC的調用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心內容，包括：blockChain, 共識演算法，挖礦以及網路層。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客戶端里，目前最流行的以太坊客戶端就是Geth（Go-Ethereum）
⑻ 區塊鏈的層級結構（什麼是區塊鏈的Layer0/1/2）
分層結構是區塊鏈處理數據和運行的基礎。
為了尋找到區塊鏈的可擴展性方案，學術研究領域（通常論文中）所指的區塊鏈被分為三層：Layer0、Layer1和Layer2。
通常，區塊鏈系統主要分為：應用層、激勵層、共識層、網路層和數據層，共六層，主要體現在初期的比特幣系統上。隨著智能合約的產生，在應用層和激勵層之間加入了合約層，主要體現在以太坊系統中。
對於每一層的內容如上圖所示，但在具體的不同系統中所使用的技術可能並不相同，比如共識層主要完成節點之間的共識，除了工作量證明機制（Proof of Work）還有權益證明機制（Proof of Stake）和拜占庭容錯機制（ Byzantine Fault Tolerance（BFT）等方式。
數據層、網路層、共識層三者構成了區塊鏈層級的底層基礎，也是區塊鏈必不可少的三個元素，缺少任何一個都無法稱之為真正的區塊鏈技術。
區塊鏈分層結構對應到OSI體系7層模型和TCP/IP 4層模型下的對比如下圖所示。
如果我們再聚焦TCP/IP的四層，特別是上面的「應用層」的話，我們會看到，有可能區塊鏈是把原來只專注於信息傳遞的應用層，分出來一個專門用於價值轉移的新層。因此，我們可以認為TCP/IP四層拆分成了五層，將區塊鏈視為TCP/IP的一層：價值層。
一般認為比特幣、以太坊、EOS是區塊鏈1.0、2.0、3.0的代表，如果去看它們的分層也很有意思：
從比特幣到以太坊，增加了合約層。從以太坊到EOS，因為採用DPOS，激勵層實際上合並到了共識層。而EOS增加出來兩層：①工具層，以讓在其上更容易開發應用；②生態層，它自身的定位是一個開源軟體，那麼其他人可以用它的開源軟體建立行業鏈、領域鏈。
徐忠、鄒傳偉寫了一篇央行工作論文，從經濟學的角度探討區塊鏈，試圖給出一種Token範式。其中，實際上他們給出了一個分層模型，這回是內外分層：里層是共識，又分：Token、智能合約、共識演算法；處在共識邊界與區塊鏈邊界，是區塊鏈內的其他信息；處在區塊鏈邊界之外，是互聯網和實體世界。
一些系統為了提升性能，其實對它的分布式網路也進行了分層。也就是，不是所有的節點都是平等的。
比如，以下是EOS的分層。
為了讓區塊鏈變得有用，又有人從其他視角進行討論。ENChain.Asia的朱峰在BAO白皮書中提出了「自組織商業體7層模型」，這個模型又被在《通證經濟的模型與實踐》（0.2）報告中引述，稱之為「自商業七層模型」。
不過，要注意的是，這里的「激勵層」，和我們通常說區塊鏈的激勵層，有相似之處，又不一樣。之前我們討論激勵層，往往是在公鏈原生代幣的角度討論的，而這里的激勵層，則是通證層面討論的。
火幣研究院在2018年12月的一份報告《區塊鏈四層應用模型的構建與解析》中，給出了一個四層的應用模型，很有意思：
參考文獻：
1.區塊鏈十年：各種各樣的層
http://www.360doc.com/content/18/1211/10/53358875_800866301.shtml
2.區塊鏈六大層級結構你知道多少？ - 知乎
https://zhuanlan.hu.com/p/98126049
3.區塊鏈的六個分層級結構介紹 - 區塊鏈 - 電子發燒友網
http://www.elecfans.com/blockchain/1138839.html
⑼ 【Discover ETH】什麼是權益證明PoS
本篇作為Discover系列文章的開篇，結合ETH2.0的目標，來談談權益證明PoS是什麼。
在談PoS之前，我們先來了解一下共識。共識，即達成了普遍協議。區塊鏈實質上是一個全球性的狀態機，達成共識意味著網路上至少有超過一半（51%）的節點同意網路的下一個全球狀態。
共識機制 （也稱為共識協議或共識演算法）允許分布式系統（計算機網路）協同工作並保持安全。當前主流的共識機制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設計之初就希望最終以太坊的共識機制能轉變為PoS，而PoW只作為一個過渡階段。但無論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實現分布式計算機的共識機制。下面先簡單了解工作量證明（PoW）的工作機制。
工作量證明通過礦工們完成，礦工們需要競爭創建最新區塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網路中的其他節點分享最新區塊，並且獲得最新的特定代幣區塊獎勵（如以太坊的以太幣）。由於用戶需要擁有超過網路中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網路安全得以保證。 這將需要巨大的設備和能源投入，所需的開支甚至可能超過收益。
工作量證明是08年在中本聰所創造的比特幣中提出的，至今已經經過了充分的考驗和測試，但隨著越來越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區塊的難度指數爆發式上升，也面臨的如下的問題：
PoS作為ETH2.0關鍵的建設目標，其作用不僅僅只是因為PoW帶來的環境不友好的能源消耗，還有PoS的建設能更有力支持 分片鏈 （以太坊網路擴展的關鍵升級），更強的去中心化特性等等。下面從幾個方面來簡單談談權益證明PoS的工作過程。
在以太坊中，工作量證明的過程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過算力試錯來反復計算，以此生成一個低於目標隨機數的混合哈希。這個計算難度依賴於區塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權益證明中，則沒有礦工這一角色，與之對應的是稱之為 驗證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。驗證者被 信標鏈 隨機選擇去創建區塊，並且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊並且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。此驗證被稱為證明。
驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵，對於一些惡意驗證者節點，也會有相應的懲罰機制使之失去質押。驗證者質押的ETH越多，獲得的獎勵也越多。可以這樣說，權益證明是一種用於激勵驗證者接受更多質押的機制。
前面提到了 分片鏈 這個名詞， 分片 就是將區塊鏈分成多條鏈。驗證者將會在不同的分片上處理它們的分片數據，以此來提高區塊鏈的工作效率。ETH2.0預計會有64個分片鏈。
驗證者會被隨機洗牌到不同的分片中，以防止驗證者惡意操縱節點並提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數據的關鍵角色就是 信標鏈 （Beacon Chain）。
信標鏈 是協調分片信息、管理驗證者的連接不同分片的橋梁。
當用戶在分片上提交交易時， 驗證者 將負責將用戶的交易添加到分片區塊中。 信標鏈 通過演算法選擇驗證器以提出新的塊。如果一個驗證者沒有被選中提出一個新的分塊，它們將會證明另一個驗證者的提議，並確認一切都正常。
至少需要 128 個被稱為 委員會 （ committee ）的驗證者來證明每個分片塊。委員會有一個提出和驗證分片區塊的時限，這個時限被稱為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個插槽只能創建一個有效區塊，一個 周期 （ Epoch ，大約6.4分鍾）有 32 個插槽。
每個周期過後，委員會都由不同的、隨機的參與者解散與重組，重組過程由一個半隨機演算法 RANDAO 來選擇，以此避免惡意節點的操縱。
ETH2.0使用 Cassper 終局協議來確認一個新的區塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當前參與計算的2/3的驗證者節點），該區塊就會被最終確定。而推薦此區塊的驗證者將獲得獎勵。因此，在權益證明的機制下，每過6.4分鍾就會創建一個新的區塊。關於Cassper協議的詳細說明後續再進行探索。
權益證明的建設以太坊在15年就已經提出，截止至今也才完成了Phase 0信標鏈的建設。而下一階段的與主網合並，再下一階段的分片鏈建設也一再推遲。雖然PoS的建設非常緩慢，但無論如何，權益證明作為主流的共識機制演算法之一，也是值得我們探討其設計原理。
後續將會針對信標鏈的詳細設計、分片等ETH2.0內容進行探索。
⑽ 以太坊是什麼
隨著區塊鏈技術的創新，一個新的平台誕生了，它就是以太坊。以太坊不像比特幣那樣只是一種加密貨幣，它還存在其它特徵，使其成為了一個巨大的分布式計算機。
那麼，到底什麼是以太坊?
具體來說，以太坊（Ethereum）是一個可編程、可視化、更易用的區塊鏈，它允許任何人編寫智能合約和發行代幣。就像比特幣一樣，以太坊是去中心化的，由全網共同記賬，賬本公開透明且不可竄改。
與比特幣不同的是，以太坊是可編程的區塊鏈，它提供了一套圖靈完備的腳本語言，因此，開發人員可以直接用C語言等高級語言編程，轉換成匯編語言，大大降低了區塊鏈應用的開發難度。
為了更易理解，打個比方，以太坊就像是區塊鏈里的Android，它是一個開發平台，讓我們可以像基於Android Framework一樣基於區塊鏈技術寫應用。它上面提供各種模塊讓用戶來搭建應用，如果將搭建應用比作造房子，那麼以太坊就提供了牆面、屋頂、地板等模塊，用戶只需像搭積木一樣把房子搭起來，因此在以太坊上建立應用的成本和速度都大大改善。
事實上，在沒有以太坊之前，寫區塊鏈應用是這樣的：拷貝一份比特幣代碼，然後去改底層代碼如加密演算法，共識機制，網路協議等等（很多山寨幣就是這樣，改改就出來一個新幣）。
至於以太坊如何運作？
與其它區塊鏈一樣，以太坊需要幾千人在自己的計算機上運行一個軟體，為該網路提供動力。網路中的每個節點（計算機）運行一個叫做以太坊虛擬機（EVM）的軟體。如果將以太坊虛擬機想像成一個操作系統，它能理解並執行通過以太坊特定編程語言編寫的軟體，由以太坊虛擬機執行的軟體/應用程序被稱為「智能合約」。
不過，在這台計算機上操作並不是免費的，需要支付該網路自帶的加密貨幣，叫做以太幣（Ether）。以太幣與比特幣大致相同，除了一點，即以太幣可以為在以太坊上執行智能合約而付費。
回到以太坊的發展史，以太坊的概念首次在2013至2014年間由程序員Vitalik Buterin受比特幣啟發後提出，大意為「下一代加密貨幣與去中心化應用平台」，在2014年通過ICO眾籌開始得以發展。
截至2018年2月，以太幣是市值第二高的加密貨幣，僅次於比特幣。
對於許多程序工程師和投資人而言，2015年7月30號這一天是一個大日子，經過18個月的醞釀期後，以太坊區塊鏈平台終於正式誕生了，當天在位於布魯克林的辦公室上午11:45左右，當以太坊區塊鏈產生第一個創世區塊，隨即有很多狂熱的礦工在後頭想要贏得第一個區塊，也就是以太坊專屬電子貨幣，以太幣的所有權。當時整個辦公室掌聲雷動，那一天天氣很糟糕，紐約一帶下了大雷雨，每個人的智能手機不時傳來嘈雜的洪水警告訊號。
根據該公司網站資料的說明，以太坊是一個去中心化的應用平台，以智能合約為例，設計師可以完全排除死機被監控，被詐騙或者是被第三方橫加干預的可能，跟比特幣一樣，以太坊利用以太幣吸引參加者，建立驗證交易平台的網路架構，維持網路架構的運作，並且以共識決定哪些是真正發生過存在的事件，但是以太坊和比特幣也有所不同，以太坊提供一些功能強大的工具，讓投入開發的人創造出去，具有去中心化的軟體服務，使用范圍可以從線上 游戲 橫跨到股票交易。
以太坊的構想源自於2013年，當時才19歲的俄裔加拿大人為例，維塔利克布特林，他當時跟比特幣的核心開發者爭論，區塊鏈網路架構需要有更穩固的手稿語言才能發展其他的應用軟體，不過他的想法沒有被採納，促成了他打定主意要開發一套符合自己理念的區塊鏈網路架構共識，這家公司可以說是他跨出的第一步，在以太坊區塊鏈上推出了應用軟體，如果我們把時間往回倒轉幾年，就會發現一個很有趣的對照。
有位大師托瓦茲推出Linux作業系統的舉動，正如布特林推出以太坊一樣如出一轍。共識系統公司的聯合創始人約瑟夫魯賓談到區塊鏈以太坊的興起時表示，我愈發覺得走上街頭去貼海報訴求是很浪費時間的一件事，倒不如一起合作，在這個失衡的 社會 的經濟體制帶來要比較實際得改變。
跟許多創業者一樣，魯賓提出的願望也很有企圖心，他不只想要創立一家了不起的公司，也想借機克服這個世界上難解的問題。這個公司的應用程序會對十多個其他領域的產業帶來震撼力十足的效果，他們的計劃包括分布式的三重記賬會計體系，針對原本廣受好評，但是後來卻因為集中管控兒而遭受爭議的reddit論壇推出分布式的新版本，自動執行的文件格式進行管理，系統現在叫智能合約，涵蓋商務 體育 和 娛樂 領域的預測市場、公開競標的能源市場、足以和蘋果電腦分庭抗禮的一整套可以供大規模協作集體創造，實現無管理階層公司之共同管理機制的商務工具。
以太坊Ethereum由V神（Vitalik Buterin）在2014年創辦，它是一個區塊鏈底層系統，類似於互聯網的操作系統，基於它開發的DAPP（去中心化應用）類似於基於互聯網操作系統開發的軟體APP。
它的出現主要是彌補比特幣的不足，比特幣只能實現點對點的電子現金交易系統，但是區塊鏈技術在其他場景的應用卻無法實現。如果每用於一個場景，就搭建一個底層基礎系統，再進行開發，太耗時間和精力，成本也很高。為此，以太坊就建了一個底層系統供開發者使用，開發者只需要在其基礎上開發自己的DAPP應用就可以了。去年5月數據顯示，全球就已有200多個以太坊應用。
此外，以太坊也是區塊鏈比較優秀的公鏈之一。不過，它的交易速度太慢令眾多開發者詬病，以太坊開發者正在不斷嘗試研發分片技術對此現象進行改變。
以太坊的本質是一個可編程可視化而且操作簡單的區塊鏈，允許任何人編寫智能合約和發行代幣（這也是為什麼市面上各類空氣幣、傳銷幣如此之多的一個原因之一）。和比特幣一樣，以太坊也是去中心化的，全網共同記錄以太坊的所有情況，而且公開透明不可篡改。
那你想問，以太坊和比特幣的不同之處在哪？通俗地講，你可以把以太坊理解成為能夠編程的區塊鏈，它提供了一套圖靈完備的腳本語言，後續的開發人員可以直接在這個基礎上進行c語言等語言編程，之後轉變成匯編語言，由此降低了區塊鏈的應用的開發難度。就好像安卓系統上，准備好了api和介面，用戶直接開發app就可以這樣的邏輯。從以太坊誕生之初到現在，以太坊上已經誕生了幾百個應用，俄羅斯政府甚至也與以太坊基金會合作。
希望我的回答能夠幫助你！
在基礎層面上，以太坊是基於區塊鏈技術的軟體平台。該平台允許構建和部署分散式應用程序。以太坊里的「以太」是什麼？對Ethereum感興趣的人們經常會問「以太是什麼？」
了解以太是非常重要的，因為它是以太坊功能的基礎。就像所有機器使用某種燃料一樣，區塊鏈也是如此。以太坊使用乙太網，這是一種獨特的代碼，可用作支付運行應用程序或程序的方式。就像老虎機需要硬幣（或者現在的預付卡）來運行硬幣一樣，客戶必須使用乙醚作為付款才能在以太坊運行他們所要求的操作。
大家其他人的答案真的都是太麻煩了
講得太復雜了
以太坊
簡單來說就是這么一個結論：
以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值
這個結論其實不難理解的
官方定義更加詭詐：
開源的有智能合約功能的公共區塊鏈平台。通過其專用加密貨幣以太幣（Ether，又稱「以太幣」）提供去中心化的虛擬機
以太坊簡單來說就是這么一個結論：
以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值
我給大家簡單地來說說吧
首先先來看下面這個視頻：也就是以太坊創始人V神的視頻 特別好的解釋
以太坊簡單來說就是這么一個結論：
以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值
官方定義更加詭詐：
以太坊是一個可編程，可視化的區塊鏈平台。其操作功能非常多，計算匯總各類數據等等。
以太坊是區塊鏈技術的一個質的飛躍！就好比http是互聯網底層支撐技術而以太坊就是可以基於以太坊智能合約做各種生態dapp
以太坊是什麼？
以太坊是互聯網新時代的基礎：
內建貨幣與支付。
用戶擁有個人數據主權，且不會被各類應用監聽或竊取數據。
人人都有權使用開放金融系統。
基於中立且開源的基礎架構，不受任何組織或個人控制。
以太坊的創建以太坊主網於 2015 年上線，是世界領先的可編程區塊鏈。
和其它區塊鏈一樣，以太坊也擁有原生加密貨幣，叫作 Ether (ETH)。 ETH 是一種數字貨幣， 和比特幣有許多相同的功能。 它是一種純數字貨幣，可以即時發送給世界上任何地方的任何人。 ETH 的供應不受任何政府或組織控制，它是去中心化且具稀缺性的。 全世界的人們都在使用 ETH 進行支付，或將其作為價值存儲和抵押品。
但與其它區塊鏈不同的是，以太坊可以做更多的工作。 以太坊是可編程的，開發者可以用它來構建不同於以往的應用程序。
以太坊的作用這些去中心化的應用程序（或稱「dapps」）基於加密貨幣與區塊鏈技術， 因而值得信任，也就是說 dapps 一旦被「上傳」到以太坊，它們將始終按照編好的程序運行。 這些應用程序可以控制數字資產，以便創造新的金融應用； 同時還是去中心化的，這意味著沒有任何單一實體或個人可以控制它們。
目前，全世界有成千上萬名開發者正在以太坊上構建應用程序、發明新的應用程序，其中有許多現在已經可以使用：
1.加密貨幣錢包：讓你可以使用 ETH 或其他數字資產進行低成本的即時支付
2.金融應用程序：讓你可以借貸、投資數字資產
3.去中心化市場：讓你可以交易數字資產，甚至就現實世界事件的「預測」進行交易
4. 游戲 ：你可以擁有 游戲 內的資產，甚至可以由此獲得現實收益以及更多。
以太坊社區以太坊社區是世界上最大最活躍的區塊鏈社區。它包括核心協議開發者、加密經濟研究員、密碼朋克、挖礦組織、ETH 持有者、應用開發者、普通用戶、無政府主義者、財富 500 強公司。
沒有公司或中心化的組織能夠控制以太坊。 一直以來，以太坊由多元化的全球性社區貢獻者來協同進行維護和改善，社區成員耕耘於以太坊的方方面面，從核心協議到應用程序。
以太坊擁堵的元兇找到了，竟然是它！