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区块链共识机制之POS和DPOS
工作量证明算法作为区块链第一个也是目前经受住足够实践检验的一个共识机制,解决的是分布式系统交易信息一致性的问题,在一个去中心化的网络中构建了彼此不信任节点的信任机制,也是比特币成功应用的关键技术环节。
经过几年的实际运转,这一算法的弊端也显露出来,比特币网络每秒完成600万亿次SHA256运算,消耗了大量的电力资源,而最终这些计算没有任何实际或科学价值。这些运算存在的唯一目的是用来解决工作量证明问题,另外一个现实的威胁便是算力集中,工作量证明本质上是利用穷举法找出符合规定条件的哈希值的过程,算力越强,获得记账权(即挖到矿)的可能性便越高,一开始是最早利用显卡挖矿的人,后来是利用FPGA矿机的人,再后来是利用ASIC专用芯片挖矿的人,现在就是不断制造出更好的ASIC的人,另外还有“矿工”节点联合起来组成矿池,如Ghash,Ghash 2014年曾经发表声明,将在今后确保不超过40%的全网算力,这类自律声明是对比特币去信任机制的莫大讽刺。
比特币自诞生以来,人们便开始尝试其他除了工作量证明算法之外的其他共识机制,如具有代表性的权益证明POS、委托权益证明DPOS、拜占庭容错机制(BFT)及实用拜占庭容错机制(PBFT)等,下面将主要介绍POS和DPOS,BFT和PBFT留待下一篇。
权益证明POS
POS是一类共识算法,或者说是一类共识算法的设计思想,而不是一个,最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月,一个化名Sunny King的极客推出的一类加密货币,采用工作量证明机制+权益证明机制,首次将权益证明机制引入了加密货币。Peercoin引入了“币龄”的概念,每个币每天产生1币龄,比如你持有100个币,总共持有了30天,那么,此时你的币龄就为3000。当一个新的区块产生时,其他想获得记账权的节点同比特币也需要计算哈希值,得出满足条件哈希值的难易与难度值有关,这个难度值这里与币龄成反比,即你的币龄越大,得出符合条件的哈希值的概率就越大,同时你的币龄被清空,记账后系统会给予你相应“利息”,你每被清空365币龄,获得利息为:3000 * 利率 / 365,Peercoin的利率为1%,即0.08个币。
可以看出,在POS机制下,持有币越多,越容易获得记账权,接近于赢家通吃的感觉,但持有的币越多,越接近于一个诚实的节点,因为破坏整个网络带来的损失也越大。Peercoin的POS机制有一个漏洞,对于不持有币的人而言,他们本来就没什么收益,所以一些恶意攻击对于他们则是无损失的,这就是Nothing-at-stake attack(无利益攻击)。后续的比较成功的POS都引入了对付这种攻击的机制。
以太坊系统的目标是在今年引入权益证明,即Casper。在权益证明共识机制之下,用户将能够在以太坊网络拥有“币权”。用户如果诚实行事并确认了合法交易,将获得与其股权成比的利息;如果恶意行事并试图网络中作弊,就会失去其权益。
委托权益证明DPOS
委托权益证明DPOS是POS的变种,运用DPOS的典型如比特股等,其基本原理在于全网投票选出101个节点代行记账权限,这些代表节点的权限完全一致。代表节点轮流记账,可以选择创造区块或不创造区块。但他们无法改变交易的详情,恶意或者迟到的代表节点的行为也会被公之于众,那么网络可能将他们简单快速地投票驱逐出去。被驱逐出去的代表节点将会失去他们记账权限,以及对应的收入。
DPOS作为是一种弱中心化的共识机制,保留了一些中心化系统的关键优势,如交易速度等(每个块的时间为10秒,一笔交易在得到6-10个确认后大概1分钟,一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟),但每个持币者都有能力决定哪些节点可以被信任,并且事实上,代表节点会主动降低自己的收入来赢得更多投票,剩下的收入会作为股息,支付给所有的比特股持有人。DPOS有点类似于代议制民主及股份公司董事会制度,都是一种精英制度,但其身份受制于下面的民众,在DPOS中,币的持有者至少有权决定代表节点—或者说矿工的身份。
区块链中的权益证明机制(PoS)是什么?
比特币挖矿采用工作量证明机制,是什么意思呢?
权益证明机制(Proof of Stake),简称POS,也称股权证明机制,类似于把资产存在银行里,银行会通过你持有数字资产的数量和时间给你分配相应的收益。
同理,采用PoS的数字资产,系统根据你的币龄给你分配相应的权益,币龄是你持币数量和时间的乘积。比如你持有100个币,总共持有了30天,那么,此时你的币龄就为3000。
相较PoW(工作量证明机制),PoS存在2个优势。第一,PoS不会造成过多的电力浪费,因为PoS不需要靠比拼算力挖矿。第二,POS更难进行51%攻击。拥有51%币才能发起攻击,网络受到攻击却会造成自己利益受损,显然很不划算。
相较PoW(工作量证明机制),PoS存在2个优势。第一,PoS不会造成过多的电力浪费,因为PoS不需要靠比拼算力挖矿。第二,POS更难进行51%攻击。拥有51%币才能发起攻击,网络受到攻击却会造成自己利益受损,显然很不划算。
目前,有很多数字资产用PoW发行新币,用PoS维护区块链网络安全。
如何看待pos机市场的发展前景?
POS机行业产业链全景梳理
POS机行业上游主要是POS机具所需的原材料、芯片及模组等零配件;中游主要是POS机具生产商以及运营服务机构;下游主要面对个体商户、金融机构等商户。此外,还有基础支持供应商、第三方服务机构以及一些配套行业。基础支持供应商主要有通讯运营商、软硬件技术供应商、渠道服务机构等;配套行业主要有生活服务行业如美团、大众点评等。
POS机行业上游芯片供应商主要有高通、海思、英特尔与紫光展锐等企业,提供模组的企业主要是移远通信、广和通、有方科技、美格智能、日海智能等;中游具有POS机具生产能力的企业主要有华智融科技、新国都、新大陆、百富科技、升腾资讯与惠尔丰等,主要POS机运营商有拉卡拉、通联支付、快钱支付。深圳瑞信银等。
POS机行业区域热力地图
根据中国企业数据库企查猫,目前中国POS机企业主要分布在东部和东南沿海等地,特别以广东和山东为代表。截至2022年9月7日,广东共有相关POS机企业数1758家,山东则有1671家。
从代表性企业分布情况来看,广东、福建等地代表性企业较多,广东地区有新国都、华智融、优博讯、艾创电子等,福建分布有新大陆魔方电子、联迪商用、升腾资讯等,此外天喻信息在分布在湖北地区、百富环球在香港,艾创电子在北京。
POS机行业代表性企业出货量情况
2020年全球出货量排名前十的企业中国占了8席,分别是华智融、魔方电子、天喻信息、百富、新大陆、升腾、艾体威尔、新国都。这八家企业的POS终端出货量在2018-2020年整体呈现上升的趋势,尤其是华智融与魔方电子,在2018年时出货量远小于百富、新大陆等老牌企业,到2020年出货量就已将居中国第一与第二。
注:截至2022年9月13日,《2021全球POS与收单市场报告》暂未发布,故更新到2020年数据。
POS机行业代表性企业最新投资动向
根据新大陆与新国都等企业POS机业务的最新投资情况,可以看出国产芯片替代在未来POS机行业的规划远景中占据重要市场地位。此外,POS机企业的其他上市公司也明确了其POS机业务的未来布局:
—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国商用POS机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
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