区块链安全入门笔记(三) | 共识算法

共识 Consensus

共识算法主要是解决分布式系统中，多个节点之间对某个状态达成一致性结果的问题。分布式系统由多个服务节点共同完成对事务的处理，分布式系统中多个副本对外呈现的数据状态需要保持一致性。由于节点的不可靠性和节点间通讯的不稳定性，甚至节点作恶，伪造信息，使得节点之间出现数据状态不一致性的问题。通过共识算法，可以将多个不可靠的单独节点组建成一个可靠的分布式系统，实现数据状态的一致性，提高系统的可靠性。

区块链系统本身作为一个超大规模的分布式系统，但又与传统的分布式系统存在明显区别。由于它不依赖于任何一个中央权威，系统建立在去中心化的点对点网络基础之上，因此分散的节点需要就交易的有效与否达成一致，这就是共识算法发挥作用的地方，即确保所有节点都遵守协议规则并保证所有交易都以可靠的方式进行。由共识算法实现在分散的节点间对交易的处理顺序达成一致，这是共识算法在区块链系统中起到的最主要作用。

区块链系统中的共识算法还承担着区块链系统中激励模型和治理模型中的部分功能，为了解决在对等网络中(P2P),相互独立的节点如何达成一项决议问题的过程。简而言之，共识算法是在解决分布式系统中如何保持一致性的问题。

工作量证明 PoW(Proof of Work)

PoW(Proof of Work)是历史上第一个成功的去中心化区块链共识算法。工作量证明是大多数人所熟悉的，被比特币、以太坊，莱特币等主流公链广泛使用。

工作量证明要求节点参与者执行计算密集型的任务，但是对于其他网络参与者来说易于验证。在比特币的例子中，矿工竞相向由整个网络维护的区块链账本中添加所收集到的交易，即区块。为了做到这一点，矿工必须第一个准确计算出“nonce”，这是一个添加在字符串末尾的数字，用来创建一个满足开头特定个数为零的哈希值。不过存在采矿的大量电力消耗和低交易吞吐量等缺点。

权益证明 PoS(Proof of Stake)

PoS(Proof of Stake)——权益证明机制，一种主流的区块链共识算法，目的是为了让区块链里的分布式节点达成共识，它往往和工作量证明机制(Proof of Work)一起出现，两种都被认为是区块链共识算法里面的主流算法之一。作为一种算法，它通过持币人的同意来达成共识，目的是确定出新区块，这过程相对于 PoW，不需要硬件和电力，且效率更高。

PoS 共识中引入了 Stake 的概念，持币人将代币进行 Staking，要求所有的参与者抵押一部分他们所拥有的 Token 来验证交易，然后获得出块的机会，PoS 共识中会通过选举算法，按照持币量比例以及 Token 抵押时长，或者是一些其他的方式，选出打包区块的矿工。矿工在指定高度完成打包交易，生成新区块，并广播区块，广播的区块经过 PoS 共识中另外一道”门槛”，验证人验证交易，通过验证后，区块得到确认。这样一轮 PoS 的共识过程就进行完成了。权益证明通过长期绑定验证者的利益和整个网络的利益来阻止不良行为。锁定代币后，如果验证者存在欺诈性交易，那么他们所抵押的 Token 也会被削减。

PoS 的研究脚步还在不断前进，安全、性能和去中心化一直都是 PoS 所追求的方向，未来也将有更多 PoS 的项目落地。为了更好的观测公链运行状态，即时监测安全异常，慢雾在 EOS、BOSCORE、FIBOS、YOYOW、IoTeX、COSMOS 上都部署了 Safe Staking，落地扎根安全领域，关注节点的稳定与安全。

委托权益证明 DPoS(Delegate Proof of Stake)

委托权益证明，其雏形诞生在 2013 年 12 月 8 日，Daniel Larimer 在 bitsharetalk 首次谈及用投票选择出块人的方式，代替 PoS 中可能出现的选举随机数被操纵的问题。在 DPoS 中，让每一个持币者都可以进行投票，由此产生一定数量的代表 ,或者理解为一定数量的节点或矿池，他们彼此之间的权利是完全相等的。持币者可以随时通过投票更换这些代表，以维系链上系统的“长久纯洁性”。在某种程度上，这很像是国家治理里面的代议制，或者说是人大代表制度。这种制度最大的好处就是解决了验证人过多导致的效率低下问题，当然，这种制度也有很明显的缺点，由于 “代表”制度，导致其一直饱受中心化诟病。

恶意挖矿攻击  Cryptojacking Attack

恶意挖矿攻击(Cryptojacking)是一种恶意行为，指未经授权的情况下劫持用户设备挖掘加密货币。通常，攻击者会劫持受害者设备(个人 PC 或服务器)的处理能力和带宽，由于加密货币挖掘需要大量算力，攻击者会尝试同时感染多个设备，这样他们能够收集到足够的算力来执行这种低风险和低成本的挖矿活动。

一般恶意挖矿软件会诱导用户在计算机上加载挖矿代码，或通过使用类似网络钓鱼的方法，如恶意链接、电子邮件或是在网站里植入挖矿脚本等方式，使系统无意中被隐藏的加密挖矿程序感染进而完成攻击行为。近年来，随着加密货币价格的上涨，更加复杂的恶意软件被开发出来，使恶意挖矿攻击事件层出不穷。

在此我们为大家提供几条建议防范恶意挖矿攻击：

1. 注意设备性能和 CPU 利用率
2. 在 Web 浏览器上安装挖矿脚本隔离插件，例如 MinerBlock，NoCoin 和 Adblocker
3. 小心电子邮件附件和链接
4. 安装一个值得信赖的杀毒软件，让软件应用程序和操作系统保持最新状态

无利益攻击 Nothing at Stake Attack

无利益攻击(Nothing at Stake Attack)，是在 PoS 共识机制下一个有待解决的问题，其问题的本质可以简单概括为“作恶无成本，好处无限多”。

当 PoS 共识系统出现分叉(Fork)时，出块节点可以在“不受任何损失”的前提下，同时在两个分叉上出块；无论哪一个分叉后面被公认为主链，该节点都可以获得“所有收益”且不会有任何成本损失。这就很容易给某些节点一种动力去产生新的分叉，支持或发起不合法交易，其他逐利的出块节点会同时在多条链(窗口)上排队出块支持新的分叉。随着时间的推移，分叉越来越多，非法交易，作恶猖狂。区块链将不再是唯一链，所有出块节点没有办法达成共识。

为了预防这样的情况发生，许多类 PoS 共识机制对此的解决方法是引入惩罚机制，对作恶的节点进行经济惩罚(Slashing)，以建立更加稳定的网络。DPoS 实际上也是无利益攻击的解决方案之一，由上文我们可知 DPoS 这个机制由持币人选出出块节点来运营网络，出块节点会将一部分奖励分给投票者。