以太坊共識算法是什么？

以太坊中設(shè)計了一套基于POW的Ethash共識算法。以太坊中共識設(shè)計的主要思想是設(shè)計一大一小的2個數(shù)據(jù)集，初始大小是：小：16M的cache 大：1G的dataset(DAG)

設(shè)計一大一小的目的是：大的數(shù)據(jù)集是小的cahce通過計算生成的，礦工為了能更快的挖礦只能保存大的dataset，以免重復計算耽誤時間，而輕節(jié)點只需保存保存小的cache即可驗證。

大小數(shù)據(jù)集的生成原理

1.小cache：

初始大小為16M，容量大小以后每30000個區(qū)塊會更改一次。

通過Seed種子進行一些運算得到第一個數(shù)，之后在小cache中的每個數(shù)都是前一個數(shù)取哈希后得到的，一般輕節(jié)點存儲此小cache。

2.大DAG：

大的數(shù)據(jù)集中的元素都是通過小的cahe計算得到的，小cache中通過偽隨機順序先得到一個位置的元素A的值，再通過A計算哈希得到B位置的值，循環(huán)迭代256次后得到了大數(shù)據(jù)集中的第一個元素，依次類推直到得到全部的DAG元素。

3.挖礦過程

在以太坊中挖礦成功的條件跟比特幣一樣，找到一個nonce值，需要滿足H(header) <= target.

嘗試一個隨機數(shù)nonce時，在大的DAG中，通過header及nonce計算出一個初始的哈希值映射到初始位置A，然后讀取A位置元素和A的相鄰后一個位置A'的元素，再通過(A和A')計算出位置(B和B')，依次類推，迭代64次后，一共讀取出128個數(shù)，最后計算這128個數(shù)的哈希值與目標值target比較，若滿足<=target，則挖礦成功;否則重新嘗試nonce。如下圖所示：

整體的挖礦過程如下圖所示：

4.驗證過程

驗證過程跟比特幣類似，給定一個nonce值，只需驗證一次即可。

驗證過程跟挖礦過程類似，對于全節(jié)點來說，在內(nèi)存中保存了大的DAG，只需循環(huán)計算64次后得到最后的哈希值與目標值比較即可;對于輕節(jié)點來說，首先通過小的cache計算出大的DAG后再計算，后面過程跟全節(jié)點一樣了。

ETH使用的共識協(xié)議介紹

以太坊共識機制共有四個階段，即Frontier(前沿)、Homestead(家園)、Metropolis(大都會)、Serenity(寧靜)。以太坊前三個階段采用的是POW共識機。第四個階段將采用自己創(chuàng)建的POS機制，名為Casper投注共識，這種機制增加了懲罰機制，并基于POS的思想在記賬節(jié)點中選取驗證人。

POW即工作量證明，是比特幣系統(tǒng)中采用的共識機制。(本文主要講解以太坊的共識機制)

談起Casper投注共識，要先說POS。POS即權(quán)益證明，主要特點以權(quán)益證明代替工作量證明，由具有最高權(quán)益的節(jié)點實現(xiàn)新塊加入和獲得激勵收益。POS共識是為解決POW共識機制的資源浪費和安全性缺陷而提出的替代方案。它的本質(zhì)是采用權(quán)益證明來代替POW中的基于哈希算力的工作量證明，是由系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點獲得區(qū)塊記賬權(quán)。權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點對特定數(shù)量貨幣的所有權(quán)，稱為幣齡或幣天數(shù)(Coindays)。

幣齡是特定數(shù)量的幣與其最后一次交易的時間長度的乘積，每次交易都將會消耗掉特定數(shù)量的幣齡。例如某人在一筆交易中收到10個幣后并持有10天，則獲得100幣齡;而后其花掉5個幣后則消耗掉50幣齡，顯然采用POS共識機制的系統(tǒng)在特定時間點上的幣齡總數(shù)是有限的，長期持幣者更傾向于擁有更多幣齡，因此幣齡可視為其在POS系統(tǒng)中的權(quán)益。

投注共識是以太坊下一代的共識機制Casper(鬼馬小精靈)引入的一個全新概念，屬于POS。Casper的共識是按區(qū)塊達成的，而不像POS那樣按鏈達成。

為了防止驗證人在不同的世界中提供不同的投注，還有一個簡單嚴格的條款：如果你兩次的投注序號一樣，或者說你提交了一個無法讓Casper依照合約處理的投注，你將失去所有保證金。從這一點可以看出，Casper與傳統(tǒng)的POS不同的是，Casper有懲罰機制，這樣非法節(jié)點通過惡意攻擊網(wǎng)絡(luò)不僅得不到交易費，而且還面臨著保證金被沒收的風險。

Casper協(xié)議下的驗證人需要完成出塊和投注兩個活動。具體如下：

出塊是一個獨立于其他所有時間而發(fā)生的過程，驗證人收集交易，當輪到他們的出塊時間時，他們就制造一個區(qū)塊，并簽名，然后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。投注的過程更為復雜一些，目前Casper默認的驗證人策略被設(shè)計為模仿傳統(tǒng)的拜占庭容錯共識：觀察其他的驗證人如何投注，取33%處的值，向0或1進一步移動。

而客戶端確認當前狀態(tài)的過程是這樣的：一開始先下載所有的區(qū)塊和投注，然后用上面的算法來形成自己的意見，但是不公布意見;它只是簡單地按順序在每個高度進行觀察，如果一個區(qū)塊的概率高于0.5就處理它，否則就跳過它。在處理所有的區(qū)塊之后，所得到的狀態(tài)就可以顯示為區(qū)塊鏈的當前狀態(tài)”。

總之，ethash基本思路和比特幣的pow類似，都是不斷隨機nonce得到的值與難度進行比較，滿足條件則挖礦成功，否則繼續(xù)嘗試。與比特幣比拼cpu算力不同的是，ethash通過生成一個巨大的數(shù)據(jù)集，通過限制內(nèi)存來防止具備強大算力的ASIC礦機壟斷，增強了去中心化能力。

以上就是以太坊共識算法是什么？ETH使用的共識協(xié)議介紹的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于以太坊共識算法知識分享的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！