共識算法

想像 100 個人要一起記一本帳。

最後更新：2026 年 1 月

共識機制是區塊鏈的「靈魂」——它決定了誰有權記帳、如何確保大家同意帳本內容。沒有共識機制，區塊鏈只是一堆電腦各說各話的混亂。

想像 100 個人要一起記一本帳。

每個人都可以寫，但只有一個版本能成為「官方版本」。

誰說了算？怎麼決定？如果有人說謊怎麼辦？

這就是共識機制要解決的問題。

為什麼需要共識機制？

在傳統世界，我們靠「中心化機構」達成共識：

• 銀行說你有多少錢，你就有多少

• 政府說這塊地是誰的，就是誰的

• 法院說誰對誰錯，就誰對誰錯

問題是：你必須信任這些機構。

區塊鏈想要做的是：不需要信任任何單一機構，也能達成共識。

但這帶來了一個經典的電腦科學難題——

拜占庭將軍問題

想像幾個將軍要一起進攻一座城市。

他們分散在城市周圍，只能靠信使溝通。

問題是：

1. 有些將軍可能是叛徒，會故意發假訊息

2. 信使可能被攔截或被收買

3. 但他們必須達成一致——全部進攻或全部撤退

如何在有叛徒的情況下達成共識？

這個問題叫做「拜占庭將軍問題」，是分散式系統的核心挑戰。

區塊鏈的共識機制，就是對這個問題的各種解答。

主流共識機制總覽

機制	代表區塊鏈	核心概念	能源消耗
工作量證明 (PoW)	比特幣	誰算得快，誰記帳	高
權益證明 (PoS)	以太坊	誰押得多，誰記帳	低
委託權益證明 (DPoS)	EOS	投票選代表記帳	低
權威證明 (PoA)	部分私有鏈	指定的節點記帳	極低
歷史證明 (PoH)	Solana	用時間戳排序	中

工作量證明（PoW）

核心概念：解一道很難的數學題，最先解出來的人可以記帳。

挖礦過程：
1. 收集待處理的交易
2. 嘗試找一個特殊的數字（nonce）
3. 讓「區塊數據 + nonce」的雜湊值符合條件
4. 這需要大量計算（「挖礦」）
5. 找到後，廣播給全網驗證
6. 驗證通過，獲得區塊獎勵

優點：

• 最久經考驗的機制（比特幣從 2009 年運作至今）

• 安全性極高（要攻擊需要 51% 算力）

• 完全去中心化

缺點：

• 耗電量巨大（比特幣年耗電量約等於一個小國家）

• 速度慢（比特幣每秒約 7 筆交易）

• 礦池集中化問題

比特幣的 PoW 被批評為「浪費能源」，但支持者認為這個「浪費」是有意義的——它創造了「不可偽造的成本」，讓攻擊網路變得極其昂貴。

權益證明（PoS）

核心概念：你質押越多幣，被選中記帳的機率越高。

驗證過程：
1. 質押代幣成為驗證者
2. 系統隨機選擇驗證者（質押越多機率越高）
3. 被選中的驗證者提議新區塊
4. 其他驗證者投票確認
5. 誠實驗證者獲得獎勵
6. 作惡者的質押被「沒收」（slashing）

優點：

• 能源效率高（比 PoW 低 99%+）

• 更快的交易速度

• 經濟懲罰機制防止作惡

缺點：

• 「富者越富」問題

• 質押門檻可能排斥小用戶

• 長程攻擊等新型威脅

以太坊在 2022 年從 PoW 轉向 PoS（The Merge），這是史上最大規模的共識機制轉換。過程順利完成，證明了 PoS 在大型公鏈上的可行性。

委託權益證明（DPoS）

核心概念：代幣持有者投票選出「代表」來記帳。

就像民主選舉——你不直接參與決策，但你選出代表幫你做決定。

代表區塊鏈：EOS、TRON、Steem

優點：

• 速度極快（EOS 曾宣稱可達數千 TPS）

• 能源效率高

• 有治理機制

缺點：

• 更加中心化（通常只有 21-101 個驗證節點）

• 投票率低

• 可能被大戶操控

比較各種共識機制

特性	PoW	PoS	DPoS
去中心化程度	高	中	低
交易速度	慢	中	快
能源消耗	高	低	低
安全性	極高	高	中
進入門檻	需要礦機	需要質押	只需持幣投票
攻擊成本	51% 算力	51% 質押	賄賂代表

不可能三角

區塊鏈領域有個著名的「不可能三角」：

        去中心化
        /        \
       /          \
      /            \
   安全性 ———————— 可擴展性

你很難同時擁有全部三者。

• 比特幣：選擇去中心化 + 安全性，犧牲可擴展性

• Solana：選擇安全性 + 可擴展性，部分犧牲去中心化

• Layer 2：嘗試在不犧牲主鏈安全性的前提下提升可擴展性

不同的共識機制，就是在這個三角形中做不同的取捨。

最終性（Finality）

一筆交易什麼時候才算「真正完成」？

區塊鏈	共識機制	最終性
比特幣	PoW	機率性（6 確認後幾乎確定）
以太坊	PoS	約 12 分鐘後確定
Solana	PoH + PoS	約 400 毫秒
傳統 PBFT	BFT	立即確定

機率性最終性：理論上永遠可以被逆轉，但機率隨確認數增加而趨近於零。

確定性最終性：一旦確認就絕對不會改變。

共識機制的演進

第一代：PoW
├── 比特幣（2009）
├── 萊特幣、狗狗幣等
└── 問題：能源消耗、速度慢

第二代：PoS / DPoS
├── 以太坊 2.0（2022）
├── EOS、Cardano、Polkadot
└── 問題：中心化風險、複雜性

第三代：混合機制
├── Solana（PoH + PoS）
├── Avalanche（雪崩共識）
└── 各種創新組合

選擇區塊鏈時的考量

需求	適合的共識機制
最高安全性	PoW（比特幣）
平衡安全與效率	PoS（以太坊）
高速交易	DPoS 或混合機制
企業私有鏈	PoA
實驗性項目	視需求選擇

共識機制的未來

這個領域仍在快速發展：

• 分片技術：讓多組驗證者同時處理不同交易

• 零知識證明：用數學證明取代部分共識過程

• 模組化區塊鏈：把共識、執行、數據可用性分開

• 跨鏈共識：讓不同區塊鏈能安全互通

共識機制是區塊鏈最核心的創新。中本聰用 PoW 第一次解決了「不需要信任中介也能達成共識」的問題。之後的各種機制——PoS、DPoS、PoH——都在嘗試在保持這個核心優勢的同時，解決效率和環境問題。沒有「完美」的共識機制，只有適合不同需求的選擇。

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相關條目

• 工作量證明

• 權益證明

• 51% 攻擊

• 拜占庭容錯