2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
對於以太坊來說，智能合約允許更為複雜的狀態轉移規則，可以在觸發條件滿足的情況下，按照約定的規則進行狀態轉移。
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
對於以太坊來說，智能合約允許更為複雜的狀態轉移規則，可以在觸發條件滿足的情況下，按照約定的規則進行狀態轉移。
講個程序員冷笑話：
老婆給當程序員的老公打電話：“下班順路買一斤包子帶回來，如果看到賣西瓜的，買一個。” 當晚，程序員老公手捧一個包子進了家門。。。 老婆怒道：“你怎麼就買了一個包子？！” 老公答曰：“因為看到了賣西瓜的。”
這個智能合約的條件是：“是否看到賣西瓜的”。狀態轉移規則是：如果沒看到，買一斤包子，如果看到了，買一個包子。狀態的轉移是：程序員由本來買一斤包子的狀態，因為觸發了“看到了賣西瓜的”這個條件，轉變為只買一個包子。
對於 Genaro Network 而言，還要再複雜一點，因為牽扯到網絡中數據存儲導致的狀態改變：
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
對於以太坊來說，智能合約允許更為複雜的狀態轉移規則，可以在觸發條件滿足的情況下，按照約定的規則進行狀態轉移。
講個程序員冷笑話：
老婆給當程序員的老公打電話：“下班順路買一斤包子帶回來，如果看到賣西瓜的，買一個。” 當晚，程序員老公手捧一個包子進了家門。。。 老婆怒道：“你怎麼就買了一個包子？！” 老公答曰：“因為看到了賣西瓜的。”
這個智能合約的條件是：“是否看到賣西瓜的”。狀態轉移規則是：如果沒看到，買一斤包子，如果看到了，買一個包子。狀態的轉移是：程序員由本來買一斤包子的狀態，因為觸發了“看到了賣西瓜的”這個條件，轉變為只買一個包子。
對於 Genaro Network 而言，還要再複雜一點，因為牽扯到網絡中數據存儲導致的狀態改變：
2 . 數據庫：是按照數據結構來組織、存儲、管理數據的倉庫
數據結構：計算機存儲數據的方式，常見的基本數據結構有隊列、堆棧、鏈表、樹、圖等等。對於複雜系統，其數據結構也都是由基本的數據結構組合改編而成。
在區塊鏈中，數據結構採用的是一個鏈表，鏈表的每個節點就是一個區塊，一個區塊是一顆梅克爾樹，包含了若干交易記錄。
- 鏈表
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
對於以太坊來說，智能合約允許更為複雜的狀態轉移規則，可以在觸發條件滿足的情況下，按照約定的規則進行狀態轉移。
講個程序員冷笑話：
老婆給當程序員的老公打電話：“下班順路買一斤包子帶回來，如果看到賣西瓜的，買一個。” 當晚，程序員老公手捧一個包子進了家門。。。 老婆怒道：“你怎麼就買了一個包子？！” 老公答曰：“因為看到了賣西瓜的。”
這個智能合約的條件是：“是否看到賣西瓜的”。狀態轉移規則是：如果沒看到，買一斤包子，如果看到了，買一個包子。狀態的轉移是：程序員由本來買一斤包子的狀態，因為觸發了“看到了賣西瓜的”這個條件，轉變為只買一個包子。
對於 Genaro Network 而言，還要再複雜一點，因為牽扯到網絡中數據存儲導致的狀態改變：
2 . 數據庫：是按照數據結構來組織、存儲、管理數據的倉庫
數據結構：計算機存儲數據的方式，常見的基本數據結構有隊列、堆棧、鏈表、樹、圖等等。對於複雜系統，其數據結構也都是由基本的數據結構組合改編而成。
在區塊鏈中，數據結構採用的是一個鏈表，鏈表的每個節點就是一個區塊，一個區塊是一顆梅克爾樹，包含了若干交易記錄。
- 鏈表
- 區塊（梅克爾樹結構）
2018 年以來，沉澱了多年的區塊鏈技術終於大火，而大家對於區塊鏈的理解依然停留在分佈式賬本上。分佈式賬本，不可篡改，可以說是區塊鏈最原始的特性，目前的公鏈技術可以承載更多類型的應用，對於區塊鏈的理解也可以圍繞多個角度展開，我們先從技術本質的角度來理解究竟什麼是區塊鏈。
區塊鏈是一種存儲數據的方式，其本質就是一個狀態機和一個數據庫。
1 . 狀態機：表示狀態及其轉移的機器
狀態，可認為是系統當前各方面指標的值，狀態機則是指發生了一些條件，當前狀態被改變到下一個狀態。比如我當前的狀態是口袋裡有十塊錢，給早點老闆了五塊錢，到達下一個狀態：口袋剩餘五塊錢。
對於比特幣來說：是交易賬單的狀態轉移。
對於以太坊來說，智能合約允許更為複雜的狀態轉移規則，可以在觸發條件滿足的情況下，按照約定的規則進行狀態轉移。
講個程序員冷笑話：
老婆給當程序員的老公打電話：“下班順路買一斤包子帶回來，如果看到賣西瓜的，買一個。” 當晚，程序員老公手捧一個包子進了家門。。。 老婆怒道：“你怎麼就買了一個包子？！” 老公答曰：“因為看到了賣西瓜的。”
這個智能合約的條件是：“是否看到賣西瓜的”。狀態轉移規則是：如果沒看到，買一斤包子，如果看到了，買一個包子。狀態的轉移是：程序員由本來買一斤包子的狀態，因為觸發了“看到了賣西瓜的”這個條件，轉變為只買一個包子。
對於 Genaro Network 而言，還要再複雜一點，因為牽扯到網絡中數據存儲導致的狀態改變：
2 . 數據庫：是按照數據結構來組織、存儲、管理數據的倉庫
數據結構：計算機存儲數據的方式，常見的基本數據結構有隊列、堆棧、鏈表、樹、圖等等。對於複雜系統，其數據結構也都是由基本的數據結構組合改編而成。
在區塊鏈中，數據結構採用的是一個鏈表，鏈表的每個節點就是一個區塊，一個區塊是一顆梅克爾樹，包含了若干交易記錄。
- 鏈表
- 區塊（梅克爾樹結構）
這實際上是雙層結構。區塊鏈之所以採用這樣的“雙層”數據結構，是因為每個區塊內的交易相當於是並行，多筆交易被包含在一個區塊中，增加了區塊大小，在出塊速度一定的情況下，增加了區塊數據量，從而提高系統的性能。
如上圖，D0,D1,D2,D3 是由一名礦工計算，然後廣播驗證，其餘礦工也可以一次驗證四筆交易。
大家看到的移動端的輕錢包就是利用了這個原理。輕錢包僅僅作為一個移動支付工具，是不能佔用太大空間的，所以不可能保存全部節點數據，這時候就得用到以上原理，僅驗證區塊頭（也就之是之前所說的 root 值），就能確認交易是否存在。他能過濾掉大量不相關的數據，減少客戶端不必要的下載量，同時實現去中心化驗證。
這個原理叫簡單支付驗證（SPV，Simplified Payment Verification）。SPV 充分利用默克樹結構，在尋找交易時，只需下載尋找區塊頭而不是整個區塊，區塊頭只有 80 字節，每小時 6 個，一年也就 4M 大小，一般設備都能承載。
綜上所述，區塊鏈的本質是狀態機和數據庫。
同時區塊鏈對與應用來說是一個分佈式賬本，一種通過去中心化、去信任的方式集體維護的一個可靠數據庫方案。
那麼問題來了，如何在一個去中心化和去信任（或降低信用成本）環境裡，讓多個完全陌生的網絡節點，來承認這個區塊鏈的狀態機和數據庫？換句話說，如何設計這個系統規則，讓陌生的買賣雙方，在沒有第三方信任機構的情況下，產生信任，完成交易呢？
答案就是共識機制。
共識機制至關重要，是區塊鏈技術的核心，很大程度上決定了整個區塊鏈系統節點間的相互信任程度，也決定了其他使用者對於區塊鏈上數據的信任程度。一個區塊鏈系統，共識機制設計得好與壞直接決定了系統的工作效率、運行成本、安全性、穩定性，甚至毫不誇張地說，直接決定了系統存在的價值。
下面，我們開始探討本篇的正題 —— 如何設計可持續發展的共識算法。
那麼問題來了，如何在一個去中心化和去信任（或降低信用成本）環境裡，讓多個完全陌生的網絡節點，來承認這個區塊鏈的狀態機和數據庫？換句話說，如何設計這個系統規則，讓陌生的買賣雙方，在沒有第三方信任機構的情況下，產生信任，完成交易呢？
答案就是共識機制。
共識機制至關重要，是區塊鏈技術的核心，很大程度上決定了整個區塊鏈系統節點間的相互信任程度，也決定了其他使用者對於區塊鏈上數據的信任程度。一個區塊鏈系統，共識機制設計得好與壞直接決定了系統的工作效率、運行成本、安全性、穩定性，甚至毫不誇張地說，直接決定了系統存在的價值。
下面，我們開始探討本篇的正題 —— 如何設計可持續發展的共識算法。
所謂共識算法，就是每個節點對於本區塊的正確性達成共識。
共識是一切交易的基礎，達成共識越分散（參與度越高），其效率就越低，但安全性越高，因此也越穩定；相反，達成共識越集中（參與度越低），效率越高，也越容易出現獨裁和腐敗現象，安全性越低。如何平衡這些因素，使其具有應用價值，是我們值得探討的重要話題。
以主流 PoW(Proof of Work) 為例，根據區塊頭與一個隨機數進行哈希運算，可簡單理解為必須通過大量數學計算之後，才能將區塊掛入區塊鏈中。
那麼問題來了，如何在一個去中心化和去信任（或降低信用成本）環境裡，讓多個完全陌生的網絡節點，來承認這個區塊鏈的狀態機和數據庫？換句話說，如何設計這個系統規則，讓陌生的買賣雙方，在沒有第三方信任機構的情況下，產生信任，完成交易呢？
答案就是共識機制。
共識機制至關重要，是區塊鏈技術的核心，很大程度上決定了整個區塊鏈系統節點間的相互信任程度，也決定了其他使用者對於區塊鏈上數據的信任程度。一個區塊鏈系統，共識機制設計得好與壞直接決定了系統的工作效率、運行成本、安全性、穩定性，甚至毫不誇張地說，直接決定了系統存在的價值。
下面，我們開始探討本篇的正題 —— 如何設計可持續發展的共識算法。
所謂共識算法，就是每個節點對於本區塊的正確性達成共識。
共識是一切交易的基礎，達成共識越分散（參與度越高），其效率就越低，但安全性越高，因此也越穩定；相反，達成共識越集中（參與度越低），效率越高，也越容易出現獨裁和腐敗現象，安全性越低。如何平衡這些因素，使其具有應用價值，是我們值得探討的重要話題。
以主流 PoW(Proof of Work) 為例，根據區塊頭與一個隨機數進行哈希運算，可簡單理解為必須通過大量數學計算之後，才能將區塊掛入區塊鏈中。
為什麼不能讓礦工直接把區塊掛上去呢？
在區塊鏈中，最長的鏈被認為是正確的鏈，所有礦工選擇最長的鏈來挖，才能確保鏈的唯一性。公有鏈作為一個完全開放的系統 —— 任何節點都可以來當礦工，其背後的設計哲學在於“作惡得到的好處小於付出的代價，所以理性節點不會做惡”。傳奇跑者普雷方丹也有一句名言：“你可以打敗我，但你必須付出足夠的努力與汗水。”如果礦工可以直接把區塊掛到鏈上，那麼攻擊者就可以分叉，然後瘋狂的把這條鏈加長，使人誤以為這才是正確的區塊鏈。
在 PoW 中，攻擊者必須進行工作量證明才能把分叉鏈加長，必須付出比全網更大的算力（51% 以上）才能跑的最快，同一時間形成更多區塊，讓人誤以為這是最長的鏈，從而完成攻擊，但這顯然是不可能的。
這個系統的設計邏輯沒有問題，但在 PoW 的過程中，需要消耗大量無謂的算力與能源。
首先，PoW 所需的算力不斷增大，比特幣為了保證每 10 分鐘出一個塊，同時在 2140 年產生 2100 萬枚全部比特幣，就必須每 2016 個塊之後進行難度升級。所以挖礦設備也不斷的進行更新換代才能滿足需求。從 CPU 挖礦，到 GPU，到 FPGA 挖礦等等，耗電量也與日俱增。
有英國的研究表明，2017 年用在比特幣“挖礦”上的電量超過 29.05 太瓦時 twh （1 太瓦時為 1 億度電），超過了全球 159 個國家的年均用電量。愛爾蘭全國（477 萬人口）一年的用電量也只有 25 太瓦時的電力。而今年的最新估計表明，這一數字已經接近哥倫比亞全國的用電量，達到 59.6 twh。
可以推算，如果沒有在機制 (mechanism) 上的徹底變革，僅僅用於完成 PoW 計算的電力花費將遲早超過全球任何一個國家的年均用電量。更何況，電力能源屬於二次能源，為了產生電力需要花費的一次能源（如煤炭、石油、水力、天然氣）的消耗更是難以計數。長此以往，在利益的驅動下，假如未來全球大多數的能源都被用來挖礦，那將會造成世界性的能源危機。
首先，PoW 所需的算力不斷增大，比特幣為了保證每 10 分鐘出一個塊，同時在 2140 年產生 2100 萬枚全部比特幣，就必須每 2016 個塊之後進行難度升級。所以挖礦設備也不斷的進行更新換代才能滿足需求。從 CPU 挖礦，到 GPU，到 FPGA 挖礦等等，耗電量也與日俱增。
有英國的研究表明，2017 年用在比特幣“挖礦”上的電量超過 29.05 太瓦時 twh （1 太瓦時為 1 億度電），超過了全球 159 個國家的年均用電量。愛爾蘭全國（477 萬人口）一年的用電量也只有 25 太瓦時的電力。而今年的最新估計表明，這一數字已經接近哥倫比亞全國的用電量，達到 59.6 twh。
可以推算，如果沒有在機制 (mechanism) 上的徹底變革，僅僅用於完成 PoW 計算的電力花費將遲早超過全球任何一個國家的年均用電量。更何況，電力能源屬於二次能源，為了產生電力需要花費的一次能源（如煤炭、石油、水力、天然氣）的消耗更是難以計數。長此以往，在利益的驅動下，假如未來全球大多數的能源都被用來挖礦，那將會造成世界性的能源危機。
其次，主鏈上同一時間只會有一個區塊上鍊，這個由計算出來的礦工獲得，但是其他參與計算的礦工雖然消耗了大量算力，卻沒有任何收益，浪費了大量計算資源。
最重要的一點，這些計算並不是有實際意義的計算，換句話說：以比特幣為代表的使用 PoW 共識的公有鏈，本質上只能起到賬本的作用，而不具備實際的功能，所以其所做的計算也都是沒有實際作用的。
起初我們在探討設立 Genaro 共識機制的時候， 就明確一點：要做有意義的計算，也就是說，公有鏈除了做賬本，本來還應該完成互聯網中的某些其他功能。世界上本來就有很多東西需要大量的算力，為什麼一定要做沒有實際意義的哈希計算呢？為什麼不計算蛋白質的分子結構，計算基因工程，計算機器學習？
所以說，減少能源的消耗，同時完成有意義的計算，是共識機制設計的關鍵所在。
但是這兩點同時實現極為困難。第一，如果消耗的資源減少，安全性就越低，因為攻擊者越容易將分叉鏈讓大家誤以為是主鏈；第二，有意義的計算如何有規律的與區塊鏈系統連接起來，比如如果做機器學習計算，穩定的 Data Set 從何而來，計算的獎勵如何分配，都是需要精心設計的地方。
在這樣的一個背景下，“激進”的 PoS 逐漸獲得了更多的認可，幾乎完全不需要進行計算，從而大大降低了能耗。
PoS （Proof of Stake）：權益證明。如果把 PoW 比作意大利國家隊穩健的防守體系，那麼 PoS 則擁有巴西隊野心，以降低防守力，來增加攻擊性。
PoS 完全不需要進行計算，而是需要證明者對某些數量的權益展示所有權。證明節點對區塊結果進行押注，如果錯誤則喪失押注，如果正確則贏得獎勵。
然而，無論是在工業界還是學術界，PoS 都是一把雙刃劍，在提升性能的同時，很難保證其安全性。最著名的兩個問題是：nothing at stake 以及 long range attack （長距離攻擊）。以太坊在 PoS 的過程中也遇到了諸多困難。
Nothing at stake：如果攻擊者 fork 當前的鏈，挖礦節點的保證金已經押在了兩條鏈上，他不需要去判斷哪條是正確的鏈，而是都支持，從而導致攻擊者得逞，而無論攻擊者是否得逞，節點選擇全部挖的策略也可以保障自己的收益，所以只要理性節點不是“token 大戶”，都會去支持攻擊者。
這個問題已經有人提出一些解決方案，例如 vitalik 提出的“錯誤懲罰”，如果一個節點在發生分叉時選擇都押注，如果押注超過一條鏈或者押注了錯誤的鏈會被懲罰。
Long range attack則是更為棘手的問題：可以理解為 PoS 中的女巫攻擊。攻擊者不是去 fork 現有的鏈，而是回到初始階段的鏈，造一條更長的新的鏈，讓網絡誤以為是主鏈。因為 PoS 共識中節點的增長速度沒有限定（比特幣 PoW 有限定，10 分鐘出一個塊），攻擊者可以用很短的時間造一條更長的鏈。一個區塊鏈系統，一開始不會有很多礦工，前期的塊都是少數礦工挖的，如果這些礦工互相串通好，聯合起來回到早起階段，因為那個階段只有他們可以挖接下來的塊，他們可以很容易聯合發起此攻擊。
目前 long range attack 沒有很好的解決方案，一些客戶端（包括 casper）試圖通過限定更改區塊的長度來解決這個問題，比如 NXT 的處理方式為超過 720 個區塊的不能被更改。但這只是降低了問題發生的概率，或者說轉化了問題，會導致“weak subjectivity”。
事實上，已經有很多 PoS 算法試圖解決上述問題：
PoS （Proof of Stake）：權益證明。如果把 PoW 比作意大利國家隊穩健的防守體系，那麼 PoS 則擁有巴西隊野心，以降低防守力，來增加攻擊性。
PoS 完全不需要進行計算，而是需要證明者對某些數量的權益展示所有權。證明節點對區塊結果進行押注，如果錯誤則喪失押注，如果正確則贏得獎勵。
然而，無論是在工業界還是學術界，PoS 都是一把雙刃劍，在提升性能的同時，很難保證其安全性。最著名的兩個問題是：nothing at stake 以及 long range attack （長距離攻擊）。以太坊在 PoS 的過程中也遇到了諸多困難。
Nothing at stake：如果攻擊者 fork 當前的鏈，挖礦節點的保證金已經押在了兩條鏈上，他不需要去判斷哪條是正確的鏈，而是都支持，從而導致攻擊者得逞，而無論攻擊者是否得逞，節點選擇全部挖的策略也可以保障自己的收益，所以只要理性節點不是“token 大戶”，都會去支持攻擊者。
這個問題已經有人提出一些解決方案，例如 vitalik 提出的“錯誤懲罰”，如果一個節點在發生分叉時選擇都押注，如果押注超過一條鏈或者押注了錯誤的鏈會被懲罰。
Long range attack則是更為棘手的問題：可以理解為 PoS 中的女巫攻擊。攻擊者不是去 fork 現有的鏈，而是回到初始階段的鏈，造一條更長的新的鏈，讓網絡誤以為是主鏈。因為 PoS 共識中節點的增長速度沒有限定（比特幣 PoW 有限定，10 分鐘出一個塊），攻擊者可以用很短的時間造一條更長的鏈。一個區塊鏈系統，一開始不會有很多礦工，前期的塊都是少數礦工挖的，如果這些礦工互相串通好，聯合起來回到早起階段，因為那個階段只有他們可以挖接下來的塊，他們可以很容易聯合發起此攻擊。
目前 long range attack 沒有很好的解決方案，一些客戶端（包括 casper）試圖通過限定更改區塊的長度來解決這個問題，比如 NXT 的處理方式為超過 720 個區塊的不能被更改。但這只是降低了問題發生的概率，或者說轉化了問題，會導致“weak subjectivity”。
事實上，已經有很多 PoS 算法試圖解決上述問題：
Ouroboros：一個可證明安全的 PoS 區塊鏈協議，Ouroboros 加入了權益證明算法，定義了節點對賬本狀態達到共識的方法，它是第一個宣稱進行嚴格的安全分析的 PoS 類型的區塊鏈協議。
Ouroboros 在一定條件下的實踐驗證中，解決了各種攻擊，包括雙花攻擊、交易拒絕攻擊、51% 攻擊、無利害關係、去同步攻擊以及其他攻擊。某些前提下，它被科學證明安全的。它在亞馬遜雲中運行了基準測試，這些測試展現了 Ouroboros 的權益證明區塊鏈協議，在性能方面的優勢。
不過經常回頭驗證的模式也有問題。多次回頭，一方面影響 TPS，一方面會增加更多的通信，另一方面還很難驗證回頭 stake 的是否都為正確。
DPoS，相比於普通的 PoS，多了一個選舉機制，類似議會制度，不僅幣數很關鍵，聲望更加關鍵，從而實現速度與安全性的提高，DPoS 希望通過投票來篩選信任節點，解決 PoS 的安全隱患。
類似的，還有 PoP,PoC：
PoP (Proof of Participation)，基於賬戶參與度的算法，PoP 將 PoI 和 DPoS 的思想結合，既能確保對設備的公平性，又擁有社區的共識，同時減少了算力浪費。讓記賬這件事情更經濟效率 , 從而支撐起更多大規模的協作體系。
PoC (Proof of Credit)，信用共識機制 , “PoC”繼承了“PoW”通過計算來實現賬本安全的特性，但同時提出的非常有創新的一點“利用用戶的信用值”作為挖礦的准入門檻，這樣就會積累有效的節點為網絡加密計算。同樣“PoC”也相對“PoW”在社區發展中公平了很多，在參與挖礦的時候，是根據自己的信用值來判斷是不是有共識（挖礦）資格。在達到共識的信用值後，為了防止節點的違規行為還必須提交一定的保證金額，才能參與共識，共識網絡中加入了簡單的智能合約，作為共識的契約來約束每個節點參與共識，如果有違規，會付出很大的懲罰。這也保證了節點會正常參與共識，用來提高網絡的安全性。
但目前，沒有一種 PoS 是被證明和 PoW 一樣安全的，在設計上儘可能的通過制定出塊規則與獎勵懲罰機制來解決 nothing at stake 等問題，但本質還是不安全的。比較可行的方法是進行一個折中，PoW+PoS 混合共識機制。
例如第一個使用 PoS 的項目：peercoin。peercoin 是第一個 PoS 算法，於 2012 年提出，PPCoin 的最大創新是其採礦方式混合了 PoW+PoS 方式，而 PoW 部分加入幣齡的概念，越早買優勢越大，相比與純 PoS 或者純 PoW，達到節能和安全的平衡。
類似的還有 CFFG，PoW+PoS 混合模型，由 Vitalik Buterin 帶領研究 Casper the Friendly Finality Gadget(CFFG)，需要進行兩週期投票，並且需要質押 TOKEN。第一次是 PoW，超過 2/3 即可驗證成功，第二次是 PoS，超過 2/3 即可驗證成功，然後確認區塊，驗證者即可獲得收益。驗證者是被激勵著集合在權威鏈上的，因為如果他們持續在不同的鏈上進行投票將會受到懲罰。驗證者不僅僅會為雙重投票而受罰，也要為在不正確的鏈上進行投票而受到懲罰。
Tendermin，2014 年，由 Jae Kwon 帶領研究，BFT 與 PoS 混合機制，假設少於 1/3 的驗證者是拜占庭，Tendermint 保證安全永遠不會被破壞——也就是，驗證者（2/3 以上）永遠不會在同一個高度提交衝突的區塊。因此，基於 Temdermint 的區塊鏈永遠不會分叉。Tendermint 的設計決策偏向於安全性和不可改變性。
但這樣的混合共識機制，雖然降低了能耗，但依然沒有本質上解決 PoW“浪費不必要能耗”的問題。為了設計可持續發展的共識算法，需要同時做到以下兩點：
- 找到一個低能耗、有實際效用的算法
- 將此實際效用作為 PoS 的防禦機制
為了做到以上兩點，勢必需要 PoX+PoS 這樣的混合共識機制，至於 X 是什麼，就取決於各個公鏈的設計了 如果公有鏈除了賬本之外，還有其他的功能，則這個功能就是公式中的“X”。例如 Genaro 公鏈可以解決存儲問題，於是有了 SPoR + PoS。
這也是 Genaro 的 SPoR + PoS 混合共識機制的設計初衷。
先簡單介紹一下什麼是 SPoR：可以被看作是一個微型 PoW。
SPoR 全稱為 sentinel proof of retrievability，是一種數據可檢索行證明。數據可檢索證明的意思是，當用戶不取回文件的時候，依然可以相信文件完好無損的保存在系統中。在 Genaro 系統中每天都會對存儲節點進行“challenge”，存儲節點通過運行 SPoR 算法表明數據是可被取回的。
首先這種證明的難度不會隨著時間的推移而增加。證明一個文件可取回，今天的計算量和明年是幾乎一致的。
其次這是在實際生活中有用的計算，即便是雲存儲也本身需要這樣的證明。SPoR 是一種在存儲領域被驗證為可靠的算法，將其引入區塊鏈系統並不會帶來額外的隱患。
PoS （Proof of Stake）：權益證明。如果把 PoW 比作意大利國家隊穩健的防守體系，那麼 PoS 則擁有巴西隊野心，以降低防守力，來增加攻擊性。
PoS 完全不需要進行計算，而是需要證明者對某些數量的權益展示所有權。證明節點對區塊結果進行押注，如果錯誤則喪失押注，如果正確則贏得獎勵。
然而，無論是在工業界還是學術界，PoS 都是一把雙刃劍，在提升性能的同時，很難保證其安全性。最著名的兩個問題是：nothing at stake 以及 long range attack （長距離攻擊）。以太坊在 PoS 的過程中也遇到了諸多困難。
Nothing at stake：如果攻擊者 fork 當前的鏈，挖礦節點的保證金已經押在了兩條鏈上，他不需要去判斷哪條是正確的鏈，而是都支持，從而導致攻擊者得逞，而無論攻擊者是否得逞，節點選擇全部挖的策略也可以保障自己的收益，所以只要理性節點不是“token 大戶”，都會去支持攻擊者。
這個問題已經有人提出一些解決方案，例如 vitalik 提出的“錯誤懲罰”，如果一個節點在發生分叉時選擇都押注，如果押注超過一條鏈或者押注了錯誤的鏈會被懲罰。
Long range attack則是更為棘手的問題：可以理解為 PoS 中的女巫攻擊。攻擊者不是去 fork 現有的鏈，而是回到初始階段的鏈，造一條更長的新的鏈，讓網絡誤以為是主鏈。因為 PoS 共識中節點的增長速度沒有限定（比特幣 PoW 有限定，10 分鐘出一個塊），攻擊者可以用很短的時間造一條更長的鏈。一個區塊鏈系統，一開始不會有很多礦工，前期的塊都是少數礦工挖的，如果這些礦工互相串通好，聯合起來回到早起階段，因為那個階段只有他們可以挖接下來的塊，他們可以很容易聯合發起此攻擊。
目前 long range attack 沒有很好的解決方案，一些客戶端（包括 casper）試圖通過限定更改區塊的長度來解決這個問題，比如 NXT 的處理方式為超過 720 個區塊的不能被更改。但這只是降低了問題發生的概率，或者說轉化了問題，會導致“weak subjectivity”。
事實上，已經有很多 PoS 算法試圖解決上述問題：
Ouroboros：一個可證明安全的 PoS 區塊鏈協議，Ouroboros 加入了權益證明算法，定義了節點對賬本狀態達到共識的方法，它是第一個宣稱進行嚴格的安全分析的 PoS 類型的區塊鏈協議。
Ouroboros 在一定條件下的實踐驗證中，解決了各種攻擊，包括雙花攻擊、交易拒絕攻擊、51% 攻擊、無利害關係、去同步攻擊以及其他攻擊。某些前提下，它被科學證明安全的。它在亞馬遜雲中運行了基準測試，這些測試展現了 Ouroboros 的權益證明區塊鏈協議，在性能方面的優勢。
不過經常回頭驗證的模式也有問題。多次回頭，一方面影響 TPS，一方面會增加更多的通信，另一方面還很難驗證回頭 stake 的是否都為正確。
DPoS，相比於普通的 PoS，多了一個選舉機制，類似議會制度，不僅幣數很關鍵，聲望更加關鍵，從而實現速度與安全性的提高，DPoS 希望通過投票來篩選信任節點，解決 PoS 的安全隱患。
類似的，還有 PoP,PoC：
PoP (Proof of Participation)，基於賬戶參與度的算法，PoP 將 PoI 和 DPoS 的思想結合，既能確保對設備的公平性，又擁有社區的共識，同時減少了算力浪費。讓記賬這件事情更經濟效率 , 從而支撐起更多大規模的協作體系。
PoC (Proof of Credit)，信用共識機制 , “PoC”繼承了“PoW”通過計算來實現賬本安全的特性，但同時提出的非常有創新的一點“利用用戶的信用值”作為挖礦的准入門檻，這樣就會積累有效的節點為網絡加密計算。同樣“PoC”也相對“PoW”在社區發展中公平了很多，在參與挖礦的時候，是根據自己的信用值來判斷是不是有共識（挖礦）資格。在達到共識的信用值後，為了防止節點的違規行為還必須提交一定的保證金額，才能參與共識，共識網絡中加入了簡單的智能合約，作為共識的契約來約束每個節點參與共識，如果有違規，會付出很大的懲罰。這也保證了節點會正常參與共識，用來提高網絡的安全性。
但目前，沒有一種 PoS 是被證明和 PoW 一樣安全的，在設計上儘可能的通過制定出塊規則與獎勵懲罰機制來解決 nothing at stake 等問題，但本質還是不安全的。比較可行的方法是進行一個折中，PoW+PoS 混合共識機制。
例如第一個使用 PoS 的項目：peercoin。peercoin 是第一個 PoS 算法，於 2012 年提出，PPCoin 的最大創新是其採礦方式混合了 PoW+PoS 方式，而 PoW 部分加入幣齡的概念，越早買優勢越大，相比與純 PoS 或者純 PoW，達到節能和安全的平衡。
類似的還有 CFFG，PoW+PoS 混合模型，由 Vitalik Buterin 帶領研究 Casper the Friendly Finality Gadget(CFFG)，需要進行兩週期投票，並且需要質押 TOKEN。第一次是 PoW，超過 2/3 即可驗證成功，第二次是 PoS，超過 2/3 即可驗證成功，然後確認區塊，驗證者即可獲得收益。驗證者是被激勵著集合在權威鏈上的，因為如果他們持續在不同的鏈上進行投票將會受到懲罰。驗證者不僅僅會為雙重投票而受罰，也要為在不正確的鏈上進行投票而受到懲罰。
Tendermin，2014 年，由 Jae Kwon 帶領研究，BFT 與 PoS 混合機制，假設少於 1/3 的驗證者是拜占庭，Tendermint 保證安全永遠不會被破壞——也就是，驗證者（2/3 以上）永遠不會在同一個高度提交衝突的區塊。因此，基於 Temdermint 的區塊鏈永遠不會分叉。Tendermint 的設計決策偏向於安全性和不可改變性。
但這樣的混合共識機制，雖然降低了能耗，但依然沒有本質上解決 PoW“浪費不必要能耗”的問題。為了設計可持續發展的共識算法，需要同時做到以下兩點：
- 找到一個低能耗、有實際效用的算法
- 將此實際效用作為 PoS 的防禦機制
為了做到以上兩點，勢必需要 PoX+PoS 這樣的混合共識機制，至於 X 是什麼，就取決於各個公鏈的設計了 如果公有鏈除了賬本之外，還有其他的功能，則這個功能就是公式中的“X”。例如 Genaro 公鏈可以解決存儲問題，於是有了 SPoR + PoS。
這也是 Genaro 的 SPoR + PoS 混合共識機制的設計初衷。
先簡單介紹一下什麼是 SPoR：可以被看作是一個微型 PoW。
SPoR 全稱為 sentinel proof of retrievability，是一種數據可檢索行證明。數據可檢索證明的意思是，當用戶不取回文件的時候，依然可以相信文件完好無損的保存在系統中。在 Genaro 系統中每天都會對存儲節點進行“challenge”，存儲節點通過運行 SPoR 算法表明數據是可被取回的。
首先這種證明的難度不會隨著時間的推移而增加。證明一個文件可取回，今天的計算量和明年是幾乎一致的。
其次這是在實際生活中有用的計算，即便是雲存儲也本身需要這樣的證明。SPoR 是一種在存儲領域被驗證為可靠的算法，將其引入區塊鏈系統並不會帶來額外的隱患。
Genaro 並不是用 SPoR 代替 PoW， 實際上，Genaro 的混合共識機制是以 PoS 為主體，而 SPoR 主要用來要求節點貢獻算力、存儲空間等資源來加強 PoS 共識的“防守”。此混合共識機制的大致過程為：
step1. 節點進行 GNX 押注，分享存儲空間，申請加入委員會
step2. 報名者進行實力排名（根據 epoch 中 heft 重量與 GNX 押注等因素）確定委員會名單
step3. 由委員會點按排名順序依次連續出塊
step4. 出塊節點獲得獎勵
這個流程相當於通過 SPoR 來篩選可信節點，也即要求共識節點付出一定代價，也即 something at stake，於是 nothing at stake 不攻即破。其中，選取部分節點以及允許信任節點連續出塊是提升 TPS 的方法，詳情請參考之後的文章《公有鏈七大超級難題之提升 TPS 的必要性與方法》
對於 long range attack 而言，Genaro 的混合共識機制的本質是將存儲網絡與公有鏈進行深度綁定。可以簡單這樣理解：公有鏈中的交易分為兩部分：
- 普通交易
- 存儲行為引發的交易（例如上傳下載分享等）
而第 2 類交易會將文件的 sentinel 相關信息存入區塊中。那麼，如果節點想要實施 long range attack，回到最初階段的區塊鏈狀態，則無法復原存儲網絡，就無法將區塊推進到當前高度，網絡會判斷你不是最長鏈，直接進行懲罰。
此外，這樣的混合共識機制還可以防止分叉。如果攻擊者想要故意分叉（就像 ETC 與 ETH），即便可以拉攏部分礦工在分叉鏈上繼續出塊，但這條鏈將會喪失用戶數據的完整性，成為了一條毫無價值的“偽鏈”，用戶不會使用，礦工就沒有了消費者，自然不會去挖。
這樣，通過引入“存儲”這樣更多的一個維度，打造出的 SPoR + PoS 混合共識機制，變成為了可持續共識機制的一個例子，這也說明，可持續共識機制要求公鏈本身有記賬之外的更多實際功能。
最後，共識算法的可持續發展還有一個必要條件：任意節點可以加入並作出貢獻，這對共識算法的選取有了更高的要求
本文作者：劉昱 Larry
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