共識機制有哪些？完整認識區塊鏈裡的共識機制

如果一群朋友假日出遊，要吃什麼餐廳、看什麼電影，每個人可能都有不同意見，這時候大家需要透過表決決定，最終獲得最多人選擇的項目，就會是後續吃飯、看電影的共識。

區塊鏈的世界中，如何確保所有參與者可以針對交易、數據等達成共識，同樣需要一套機制，這套機制就是所謂的「共識機制」。

共識機制是什麼？

共識機制（英文：Consensus Mechanism）是運作在分散式系統或區塊鏈網路中，目的是讓所有節點的參與者，對於鏈上的數據或交易的正確性可以達成共識，這套機制可說是區塊鏈技術的核心元素，確保網路中的數據不會被任意竄改，相關交易紀錄確保安全性。

若我們以中心化的銀行為例，基本上是只由銀行方確認個人的存款、提款、轉帳紀錄是否正確；但在去中心化的區塊鏈網路中，則是沒有單一中介權威單位會控制或是驗證交易，而是透過網路中的節點來做驗證，確保交易紀錄的真實性。

以太坊（Ethereum）官方網站解釋，共識機制可以確保網路的節點對於交易的真實性、準確度等可以達成共識。

共識機制的歷史

共識機制的歷史跟區塊鏈技術密切相關，隨著區塊鏈的發展，共識機制也不斷演進。這些機制的目的是確保區塊鏈網路中所有節點對交易數據達成一致，並維持系統的安全性和去中心化。

專注在財務投資資訊的網站 Investopedia，整理出共識機制的發展歷史。

1980 年代到 1990 年代：集中式資料庫 隨著電腦和網路的普及，出現共享資料庫允許使用者們從不同地方存取資料。這些資料庫主要都是集中式的，由特定管理者控制並維持資料的完整。

1990 年代中後期：分散式儲存與處理 部分共享資料庫，進化成把儲存和處理能力分散到不同地點的裝置。這時候出現了如何防止資料篡改和未經授權存取資料的問題，且開始出現如何自動化來管理分散式資料庫。

分散式自主共識的出現 為了解決資料庫狀態一致性的問題，創造了分散式自主共識。這種方法依賴加密技術，通過生成雜湊值（hash）來驗證資料的完整性。雜湊值只會在改變輸入資料時發生變化，因此可通過比較雜湊值來確保資料沒有被修改過。

2008 年：比特幣與中本聰的貢獻 雖然早期有許多人致力於共識機制的研究，但比特幣創始人中本聰（Satoshi Nakamoto）在 2008 年發表的白皮書被廣泛認為是現代區塊鏈共識機制的基礎。例如，比特幣使用的工作量證明機制（PoW）解決去中心化環境下的共識問題。

共識機制為什麼對區塊鏈發展很重要？

共識機制在區塊鏈技術中扮演著非常重要的角色，是用來保障區塊鏈的網路安全、可靠性和去中心化的核心。我們整理出共識機制重要的幾個原因：

維持去中心化

確保數據一致且具備可靠性

防止重複支付和詐騙

提高網路安全性

區塊鏈的核心理念是去中心化，IT 業者網站 Zfort Group 指出，共識機制可以讓節點參與共識過程，不僅確保不需要有中央權威單位介入，也可以透過分散式的決策模式讓區塊鏈保持透明與開放的特性，促進去中心化。

透過共識機制驗證，可以確保所有節點擁有相同的版本內容，維持數據一致性跟可靠性。此外，共識機制也可以在區塊鏈上避免發生重複支付的問題，網路中的節點可以驗證每筆交易的唯一性，防止同個加密貨幣被多次花用，避免運用於網路詐騙。

提供加密貨幣相關服務的平台 Crypto.com 說明隨著技術演變，共識機制也演變出工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）等不同設計，防止惡意攻擊者控制區塊鏈網路，這些設計透過要求參與者投入電力，或加密貨幣幣等資源來做驗證，從而讓攻擊區塊鏈變得昂貴且難以實現，降低攻擊成功的可能性。

共識機制有哪些？

共識機制是區塊鏈系統的核心，確保所有節點中相關交易數據具備一致性，以下介紹一些常見的共識機制類型。

1. 工作量證明（Proof of Work，PoW）

PoW 是最早使用的共識機制，PoW 要求參與者（礦工）透過運算解決複雜的數學問題來驗證交易，並產生新的區塊。PoW 這類共識機制的優點，就是高度去中心化與具備安全性，實際應用案例包含比特幣、狗狗幣、萊特幣等加密貨幣

但因電腦運算需要大量電力，而出現耗能大，對環境較不友善等缺點，以及較多人使用時可能速度較為緩慢、需付出較高額的 Gas fee（礦工費）。

2. 權益證明（Proof of Stake，PoS）

PoS 是透過持有和質押加密貨幣來選擇驗證者，而非依靠運算能力，因此持有更多代幣的人有較高機會被選擇來驗證交易。

PoS 的優點就是即不會那麼耗能，但缺點就是加密貨幣多的人比較有機會參與驗證，導致 PoS 可能沒那麼去中心化。應用案例包括 2022 年後以太坊（前期是使用 PoS）和 Cardano。

3. 權益委任證明（Delegated Proof of Stake，DPoS）

DPoS 是 PoS 的改進版本，允許網路參與者透過投票選擇「代表」來進行驗證。這提高系統的效率和速度，但缺點是可能也有中心化的風險，因為少數代表可能掌控較多的權力。DPoS 被應用在如 EOS 和 Tron 等項目中​。

加密城市這邊將最常見的這 3 種共識機制，整理比較表格如下：

特性工作量證明 PoW權益證明 PoS權益委任證明 DPoS耗能高低需進行數學運算，高耗能相較 PoW 節能最節能安全性安全性高，但易受到 51% 攻擊安全，但對於持有加密貨幣較多者可能具備中心化風險安全，但對於選出的代表也可能衍生集中化風險去中心化高度去中心化較低較低共識過程礦工透過解決複雜的數學難題來驗證交易驗證者根據質押的代幣數量來被選為驗證交易由網路參與者來選出代表人士來負責驗證交易主要應用案例比特幣、狗狗幣、萊特幣2022 年後的以太坊、CardanoEOS、Tron

資料來源：Crypto.com、Zfort Group、Built In

圖源：《加密城市》製圖 共識機制有哪些？

上面 3 種共識機制是目前最為常見的共識機制，以下則另外說明其他的3種共識機制，分別為權威證明、燃燒證明與歷史證明。

4. 權威證明（Proof of Authority，PoA）

PoA 這類方式是根據驗證者的聲譽來選擇驗證者，而非擁有的數位資產。專注科技內容的網站 Built In 指出，在 PoA 這個機制中，通常會經過背景檢查等審核過程，也因為具備高度效率而受到私有鏈的青睞，通常應用在企業環境中，像是金融業的摩根大通 JPMCoin 跟供應鏈管理平台 VeChain 皆是使用 PoA 共識機制。

5. 燃燒證明（Proof of Burn，PoB）

提供加密貨幣相關服務的平台 Crypto.com 表示，PoB 會要求參與者「燒毀」一定數量的代幣來獲得驗證區塊的權力，這也意味著代幣會永久銷毀、無法再使用。PoB 被視為 PoW 的節能替代方案，適用在專注於數據管理和安全的區塊鏈平台 Factom 上。

6. 歷史證明（Proof of History，PoH）

PoH 是一種比較新的共識機制，主要目的是提高區塊鏈效率。Crypto.com 說明，PoH 依賴時間戳記技術來排序事件，使網路能以更快的速度驗證交易，目前僅 Solana 應用，但還沒有大規模測試。

共識機制的未來

整體而言，未來的共識機制將會更加多樣化，注重能源效率、去中心化、安全性和隱私保護。新的共識機制也會持續演進，以滿足不同應用場景的需求。

隨著全球對環境保護的關注日益增加，現有的共識機制，特別是工作量證明（PoW）因其高能耗問題而受到廣泛批評。未來的共識機制將會更加注重能源效率，減少耗能成為發展的重點方向，這將有助於應對環保挑戰並提高技術的可持續性。

未來的共識機制將致力於在去中心化和安全性，這兩者之間取得更好的平衡，防止大規模持幣者或少數驗證者對網絡的過度控制。Built In 說明，像權益證明（PoS）這樣的機制可能會通過增加隨機性或引入社群參與的驗證方法，來減少「大戶集中」的風險，從而實現更高程度的去中心化與公平性。

隨著技術的進步，共識機制未來可能會採用混合模式，以結合不同機制的優點來達到最佳效果。Zfort Group 也指出，將工作量證明（PoW）與權益證明（PoS）結合的混合共識機制，已在部分區塊鏈項目中開始應用，這種方式既能保持安全性又能提高效率。

隨著區塊鏈技術應用範圍的擴大，未來的共識機制將會更加專業化，針對不同的應用場景設計相應的解決方案。像是物聯網（IoT）等應用可能會需要低延遲、高效率的共識機制；而金融類應用則會更強調安全性和數據的不可篡改性。這樣的發展將使共識機制更加靈活，能夠滿足各行各業不同的需求。