摘 要： 區(qū)塊鏈作為一項蘊含經濟學內核的前沿技術，理解其共識機制的經濟學含義、優(yōu)化共識機制的經濟模型設置對推進區(qū)塊鏈技術落地、賦能實體經濟發(fā)展具有重要意義。本文分別闡述了區(qū)塊鏈的三種共識機制——算法共識、決策共識和市場共識的內涵、外延，分別分析了主流算法共識POW、POS、DPOS、DAG的經濟學含義以及不同算法共識的融合發(fā)展趨勢，并為如何協(xié)同區(qū)塊鏈三種類型的共識機制給出發(fā)展建議，以期促進區(qū)塊鏈技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展。

關鍵詞： 區(qū)塊鏈；算法共識；決策共識；市場共識

中圖分類號：F224.33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9448 （2020） 02-0049-10

Economic Analysis of the Consensus Mechanism in Blockchain

WU Tong

（Central University of Finance and Economics， Beijing100081， China）

Abstract： As cutting-edge technology containing economic ideas， it is of great significance to understand the economic meaning of consensus mechanism and optimize the economic model setting of consensus mechanism for promoting the implementation of blockchain technology and the development of real economy. We describe three consensus mechanisms of blockchain： algorithm consensus， decision-making consensus and market consensus， analyze the economic meaning of the consensus mainstream algorithms such as POW， POS， DPOS，DAG and the development trend of the convergence of different algorithm consensus.Finally， we give development suggestions in cooperating with the three types of consensus mechanism in order to promote the technological innovation and industrial development of blockchain.

Key words： blockchain，algorithm consensus，decision consensus，market consensus

一、引言

2019年10月24日中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術發(fā)展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。中共中央總書記習近平在主持學習時強調，區(qū)塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業(yè)變革中起著重要作用，要把區(qū)塊鏈作為核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動區(qū)塊鏈技術和產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。區(qū)塊鏈作為一種涵蓋了P2P網絡、加密算法、共識機制、智能合約等要件的復合型技術，經濟模型、決策機制和激勵模式在其中發(fā)揮著至關重要的作用。[1]區(qū)塊鏈在全球范圍內應用落地不僅與區(qū)塊鏈本身的成熟度、區(qū)塊鏈與其他技術（如人工智能、大數據、物聯(lián)網等）的融合程度、相關基礎設施建設密切相關，還離不開共識機制的設置與發(fā)展，理解區(qū)塊鏈共識機制的經濟學含義具有重要的理論和現實意義。

狹義上的區(qū)塊鏈共識機制是指算法共識，算法共識旨在通過機器語言和機制設計解決兩個核心問題：第一，誰有權利寫入數據；第二，在分布式賬本中其他節(jié)點如何同步數據。較為經典的算法共識有工作量證明機制（Proof Of Work，POW）、權益證明機制（Proof Of Stake，POS）、委托權益證明機制（Delegated Proof Of Stake，DPOS）、有向無環(huán)圖（Directed Acyclic Graph，DAG）等。理解算法共識的經濟學含義對于促進區(qū)塊鏈技術與應用場景的融合、完善區(qū)塊鏈監(jiān)管與治理機制、彌合區(qū)塊鏈與現有法律政策體系的鴻溝均有重要意義。

事實上，算法共識僅是區(qū)塊鏈共識機制的一部分，構成了區(qū)塊鏈鏈上共識機制的主要內容。在現實中，依靠社群成員通過集體決策做出決定的決策共識和依靠各市場參與者的市場交易行為形成的市場共識同樣發(fā)揮重要作用，二者構成區(qū)塊鏈鏈下治理的主要內容。算法共識、決策共識、市場共識三者構成完整的區(qū)塊鏈共識機制體系，三者互相關聯(lián)而密不可分。算法共識是分布式網絡中節(jié)點運行的算法規(guī)則，決策共識反映分布式節(jié)點的控制實體制定或修改算法規(guī)則的過程，市場共識是算法共識和決策共識在市場和價格層面的反映，也會對算法共識和決策共識產生重要的反作用。如何理解區(qū)塊鏈共識機制體系的經濟學含義對于推動區(qū)塊鏈技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展具有重要作用。本文分別闡述了區(qū)塊鏈的三種共識機制——算法共識、決策共識和市場共識的內涵、外延，分別分析了主流共識算法POW、POS、DPOS以及DAG的經濟學含義，并為如何協(xié)同區(qū)塊鏈三種類型的共識機制給出發(fā)展建議，以期促進區(qū)塊鏈技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展。

二、區(qū)塊鏈三種類型的共識機制

當前對區(qū)塊鏈共識機制的討論，一般停留在狹義層面，即指區(qū)塊鏈的算法共識機制。這體現了機械的區(qū)塊鏈觀，只注重鏈上共識機制，而忽略鏈下共識機制。當前實物、數據、資產上鏈還處在早期階段，鏈下共識機制的重要程度更甚于鏈上共識機制。鏈下共識包括決策共識和市場共識，又被稱為“人的共識”。[2][3]厘清區(qū)塊鏈三種類型的共識機制之間的內涵和聯(lián)系，具有重要的理論和現實意義。

（一）區(qū)塊鏈的算法共識機制

區(qū)塊鏈的算法共識是通過機器語言編程的算法解決“誰有權利寫入數據”和“在分布式賬本中其他節(jié)點如何同步數據”這兩個核心問題?！罢l有權利寫入數據”決定著“在分布式賬本中其他節(jié)點如何同步數據”。根據寫入數據的主體不同，區(qū)塊鏈可分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。在公有鏈中，任何節(jié)點都有權利寫入數據，通過“挖礦”算例競爭、持有token的“幣齡”（Token day）進行治理，不僅需要考慮網絡中存在故障節(jié)點，還需要考慮作惡節(jié)點。在公有鏈中常見的共識機制有POW、POS、DPOS、DAG等。公有鏈又稱“非許可鏈”，其經濟系統(tǒng)在規(guī)則之外再無規(guī)則，是管制最少、市場化程度最高的區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)。

與“非許可鏈”的概念相對應，許可鏈包括聯(lián)盟鏈和私有鏈。在聯(lián)盟鏈中，只有特定的節(jié)點具有寫入數據的權利，任何新加入的節(jié)點都需要驗證和審核，同樣需要考慮故障節(jié)點和作惡節(jié)點；但相比作惡節(jié)點，故障節(jié)點已經成為重點考慮的問題。在聯(lián)盟鏈中常見的共識機制有實用拜占庭容錯算法（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）等，Facebook發(fā)布的全球穩(wěn)定幣項目Libra白皮書中，Libra采用的即為PBFT共識。[4-5]聯(lián)盟鏈經濟系統(tǒng)屬于有管制的市場經濟體系，其市場化程度與記賬節(jié)點的數量成反比。聯(lián)盟鏈在一定程度滿足場景需要的同時，能夠實現可監(jiān)管性和風險可控性，因此成為我國政府大力倡導的落地架構。[6]

私有鏈本質上屬于中心化的封閉系統(tǒng)，只有該節(jié)點具有寫入數據的權利，不需要考慮新節(jié)點的加入及退出，也不存在作惡節(jié)點，當單一的記賬節(jié)點出現問題時，整個經濟系統(tǒng)就處于崩潰狀態(tài)，因此私有鏈不需要算法共識機制。

經濟社會最核心的權利是記賬權，與之配套的基礎設施是如何同步賬本，保證各市場主體擁有相同的公共賬本和各利益相關者擁有相同的私有賬本。當單個的交易發(fā)生時，如果這一交易不能被市場機制捕捉并作為因子納入其中，則這一交易實質上并沒有為市場價格的形成發(fā)揮作用。同樣，在區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)中，整個經濟行為的市場化流程如下：第一，從全體利益相關者組成的社群集合{M}中選出記賬節(jié)點集合{A}，這一過程用f（{M}）→{A}來表示，記賬節(jié)點集合{A}擁有該經濟系統(tǒng)的記賬權。第二，記賬節(jié)點集合{A}按照區(qū)塊容量、交易等待時間、交易費用等多因素綜合排序后，將當前時間段內整個經濟系統(tǒng)中的交易打包到一個區(qū)塊中， 并將生成的新區(qū)塊廣播給全體驗證節(jié)點集合{D}或其代理節(jié)點D。第三，全體驗證節(jié)點集合{D}或其代理節(jié)點D受到被廣播的新區(qū)塊后，驗證其交易的正確性。若新區(qū)塊中的交易被大多數驗證節(jié)點認可，則被更新到區(qū)塊鏈中。第四，記賬節(jié)點集合{A}將新區(qū)塊添加到最長的主鏈上， 主鏈記錄著從創(chuàng)世區(qū)塊到最新區(qū)塊的完整交易信息。如果主鏈發(fā)生分叉，則需根據其算法共識選擇一條分支作為主鏈。

綜合而言，算法共識機制即將集體決策的方式和集體決策的結果“廣而告之”到每一個成員的方式用代碼進行表達。區(qū)塊鏈的算法共識機制相當于在經濟系統(tǒng)中起基礎性作用的資源配置機制，但具體的資源配置機制也會隨著人類的群體意識、人類掌握和運用技術的能力等因素發(fā)生變化，當前包括區(qū)塊鏈在內的數字技術正在深刻改變傳統(tǒng)經濟制度。同時，政府的宏觀經濟政策也會對資源配置產生深刻影響。宏觀經濟政策體現了政府的經濟理念以及對經濟形勢的判斷等主觀意見。類似地，算法共識機制也是可以被開發(fā)團隊人為修改的，比特幣技術開發(fā)團隊Bitcoin Core多次將比特幣區(qū)塊鏈進行升級，以太坊的開發(fā)社區(qū)也做了將共識機制從POW轉向POS的長期規(guī)劃，并分為“前沿”（Frontier）、“家園”（Homestead）、“大都會”（Metropolis）以及“寧靜”（Serenity）等四個階段。區(qū)塊鏈算法共識受決策共識的直接影響，但當決策共識達不成一致時，就會出現分叉，產生具有各自算法共識的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，分叉也成了現階段區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)最大的系統(tǒng)性風險來源。

（二）區(qū)塊鏈的決策共識機制

決策共識指在區(qū)塊鏈發(fā)展過程中，社群成員做出一個各決策主體認為的對群體最有利的決策。不同于算法共識解決如何在缺乏中央控制的分布式網絡中確保賬本一致性的問題， 決策共識解決的是在無中心的群體中， 如何就最優(yōu)決策（或群體主觀上認為的最優(yōu)決策）達成一致的問題，本質上是相關人的共識。決策共識的形成體現了區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)的各利益相關方（礦工、token持有人、生態(tài)消費者等）在一定的議事規(guī)則和治理結構下將不同意見收斂到單一意見的過程；若無法收斂意味著決策共識沒有達成，則很有可能發(fā)生分叉。

相對于算法共識要求不篡改交易的正確性和分布式一致的全息性，決策共識本質上體現了在客觀信息的基礎上人的意識共識， 不僅要求收斂性和一致性， 而且要求所有參與者相信其決策是最優(yōu)的。決策共識體現了各利益相關節(jié)點對于作為該區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)內微觀運作機制的算法共識修改和完善的意識一致性，新的決策共識達成將直接改變算法共識。

比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)從2009年主網上線，誕生時間已超過十年，決策共識在比特幣區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程中起到了關鍵作用。Satoshi Nakamoto在2010年7月將比特幣區(qū)塊鏈的最大區(qū)塊容量設置為1M，比特幣區(qū)塊鏈大約每10分鐘出1個區(qū)塊。這在較好地保障了中小礦工利益的同時，也限制了比特幣經濟系統(tǒng)的數據處理能力，隨著鏈上交易的增多，交易延遲越發(fā)頻繁，交易費也在增加，這使得比特幣難以發(fā)揮貨幣的流通媒介職能，也無法成為事實意義上的貨幣。[7]針對這一問題，比特幣社群的各利益相關者從2015年5月開始通過公開闡述、辯論、舉辦會議、互相攻擊、鏈上投票等方式提出不同的比特幣擴容方案，進行了漫長而復雜的決策共識形成過程，其中包括決策共識難以收斂而導致的兩次影響深遠的硬分叉：一次是2017年7月發(fā)生的比特幣硬分叉，產生了現在的比特幣和比特幣現金（Bitcoin Cash，BCH）；另一次在2018年11月發(fā)生的BCH硬分叉，產生了Bitcoin ABC和Bitcoin SV。

兩個主流的比特幣擴容方案反映了兩條對比特幣區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)改革的道路：第一條是激進的市場規(guī)則改革方案——直接擴容，將最大區(qū)塊容量提高到2M，然后每兩年翻倍。這種方式直接增加了市場容量，提高了數據處理能力，但更高帶寬和存儲提高了記賬節(jié)點的門檻，導致節(jié)點中心化程度增強，損害了廣大中小礦工的利益。另一條是溫和的市場規(guī)則改革方案——“隔離見證+閃電網絡”（SegWit+Lightning）模式，即實施隔離見證把交易和交易簽名分開，將交易簽名置于區(qū)塊外，通過設置多重簽名錢包、構建雙向支付通道并延展成為閃電網絡，實現間接擴容的方式。這種方式沒有直接增加市場容量，但由于將簽名置于區(qū)塊之外，使得1M大小的區(qū)塊可以容納更多市場交易數據，將區(qū)塊鏈的清結算功能分離，將主鏈退化成單純的結算網絡。

截至2019年7月，比特幣通過分叉累計產生了105個分叉幣，分叉在以太坊、萊特幣等區(qū)塊鏈項目中也時有發(fā)生。以比特幣區(qū)塊鏈為代表的區(qū)塊鏈決策共識形成的復雜曲折程度反映了人的共識形成的難度更甚于機器共識，也反映了區(qū)塊鏈作為一項包含經濟模型、治理機制和激勵模式的復合型技術與傳統(tǒng)技術的不同之處。算法共識的演進與發(fā)展動態(tài)影響著決策共識，而決策共識的達成則直接影響新的算法共識的產生。

（三）區(qū)塊鏈的市場共識機制

公有鏈由于沒有準入門檻，本質上需要通過token實現治理。區(qū)塊鏈的市場共識指token參與交易時形成的市場均衡價格。區(qū)塊鏈市場共識的形成既包含token與法定貨幣的交易（發(fā)幣交易），也包含不同token之間的交易（幣幣交易）。算法共識和決策共識作為基本面、技術面和消息面影響市場共識的形成：當區(qū)塊鏈算法共識的安全性難以保證時，該系統(tǒng)的token價格必然一落千丈；當決策共識難以收斂時，也會分散系統(tǒng)內的資源，動搖各節(jié)點的信心，進而對市場共識造成負面影響。反過來，市場共識對算法共識和決策共識也有重要的反作用，均衡的市場價格和良性的市場共識形成機制對于算法共識和決策共識具有正面效應。

此外，在當前以主權信用為基礎的現代經濟體系下，區(qū)塊鏈市場共識形成過程中的最終流動性來源于法定貨幣。市場共識的形成不僅與其內因（算法共識、決策共識等）有關，還與全球宏觀經濟和金融環(huán)境密切相關，市場共識機制是多個因子綜合作用的輸出結果。

準確理解區(qū)塊鏈三種共識機制的含義和關系對于推進區(qū)塊鏈落地具有重要意義。從經濟學角度而言，形成均衡的市場共識是任何經濟系統(tǒng)追求的目標，因此也是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的目標因變量，算法共識和決策共識都會對市場共識起到重要作用，同時市場共識也會反作用于算法共識和決策共識。適合區(qū)塊鏈系統(tǒng)發(fā)展的算法共識有利于實現和鞏固決策共識，而決策共識則會對算法共識產生修正作用。

從因果關系而言，算法共識機制最先由創(chuàng)始人設定，隨著區(qū)塊鏈項目的發(fā)展，社群會逐步壯大，生態(tài)會逐步完善，在社群內會產生不同的利益訴求群體，需要通過決策共識機制實現項目的進一步發(fā)展；同時，隨著區(qū)塊鏈項目價值的增大，承載其價值的token定價日益市場化，需要市場共識機制發(fā)揮作用。決策共識機制和市場共識機制可統(tǒng)一納入現有經濟管理框架內（社會治理、激勵相容、資產定價等），而理解通過機器語言表達的算法共識的經濟學含義具有深刻的現實意義。

三、不同算法共識的經濟學含義

當前縈繞在區(qū)塊鏈行業(yè)內的一個阻礙是機器語言和經濟語言之間的鴻溝。機器語言的編程人員對經濟學缺乏了解，同時經濟學工作者由于看不懂代碼和技術圖又難以對區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)進行修正和完善，這深刻地阻礙了兼具技術屬性和經濟屬性的區(qū)塊鏈的發(fā)展。從經濟學角度闡述區(qū)塊鏈的算法共識具有深刻的理論和現實含義。

（一）工作量證明機制（POW）及其經濟學含義

POW在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中成熟的標志是2009年比特幣主網的上線。作為區(qū)塊鏈最為經典的共識機制其核心思想是通過去中心化節(jié)點的算力競爭來保證系統(tǒng)交易數據的一致性，驅動算力競爭的經濟激勵是獲得下一區(qū)塊的記賬權和該系統(tǒng)自動生成的token獎勵。就比特幣區(qū)塊鏈而言，工作是指求解復雜但是驗證容易的SHA256數學問題，在算法上這一問題的求解被標準化。[8]生產方式的標準化推動了分配方式的標準化。

POW的思想由來已久，即通過增加經濟成本來提高市場誠實參與者的比重，以此來篩除非誠實節(jié)點。1993年POW的思想被用來解決垃圾郵件問題，要求郵件發(fā)送者必須算出某數學題答案來證明發(fā)送郵件者的誠實度， 提高惡意郵件發(fā)送者成本。[9]1999年POW的概念被正式提出，這為POW在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的應用奠定了堅實的基礎。[10] POW的運行模式和分配制度生動地再現了數字經濟范式下的馬克思勞動價值論和按勞分配制度：商品價值由無差別的一般人類勞動凝結而成；在數字經濟時代，無差別的一般人類勞動很大程度上并非由人類直接勞動完成，而是基于算力實現。與生產方式相對應，分配到token的數量與市場參與者貢獻的算力成比例。2008年的國際金融危機是比特幣和區(qū)塊鏈產生的直接原因，而POW也體現了區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)對由中心化的財政政策和貨幣政策主導的信用經濟體系的反對與抵觸。此外，POW需要部署礦機、開發(fā)芯片、建設產業(yè)園，這會帶動整個產業(yè)鏈經濟的發(fā)展，有助于區(qū)塊鏈實現脫虛向實、賦能實體，也更容易被傳統(tǒng)經濟和金融業(yè)接受。2019年11月比特幣礦機生產商嘉楠科技在納斯達克掛牌上市，成為“全球區(qū)塊鏈第一股”。

同時，POW也引起了廣泛爭議，包括強大算力造成的巨大電力消耗。根據2018年5月Arvind Narayanan向美國參議院能源和自然資源委員會提交的報告，當時比特幣挖礦每天消耗的電力約為5GW，已接近全球耗電量的1%。而隨著比特幣下一個減半周期的臨近，算力增長非常迅速，這造成了更大程度的電力消耗。另一個方面，POW的支持者們認為，標準化后的電力是全球通用的一般性產品，算力和電力凝結了無差別的人類勞動，這是基于POW的區(qū)塊鏈產生的token區(qū)別于“空氣幣”的重要原因，持續(xù)增長的算力這也反映了社會對比特幣的共識程度增強。但毫無疑問的是，在人類能源問題的解決取得突破性進展之前，POW區(qū)塊鏈項目無法大規(guī)模采用POW。近年來，包括以太坊在內的部分區(qū)塊鏈項目都啟動了從POW向其他共識機制的轉換路線。

采用POW的另一個問題是區(qū)塊鏈系統(tǒng)難以實現商業(yè)化應用。比特幣的出塊時間約為10分鐘，當大量的交易發(fā)生時不能被及時確認。即使此后誕生的基于POW的區(qū)塊鏈做出了一定程度的改進，如萊特幣的出塊時間縮短為2.5分鐘，但仍難以滿足商用需求，這也為POW的推廣帶來了很大困難。盡管POW存在能耗大、出塊時間長等問題，但其理念得到了一定程度的認可，不少新的區(qū)塊鏈項目在原生POW的基礎上進行了共識算法的改進，主要的改進方向是降低能耗和提高出塊速度。實現這一改進有三條基本的經濟路徑：一是直接增大市場容量，同時等比例提高市場交易和數據處理速率。這種路徑只能提高出塊速度，對能耗沒有直接影響。二是基于POW產生區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)的“關鍵少數”，“關鍵少數”在一定時期內隨機更新，由“關鍵少數”完成剩余的記賬等經濟活動，這部分經濟活動的數據可能不在主鏈上。這種經濟路徑既提高了出塊速度，又降低了能耗。三是將區(qū)塊鏈系統(tǒng)進行分片（Shard）處理，將全部的市場經濟活動分區(qū)并行處理和存儲。這種經濟路徑既提高了出塊速度，又降低了能耗，但破壞了每個區(qū)塊內保存交易數據的完整性。

2016年3月在POW基礎上產生的一種新型共識算法Bitcoin-NG將時間切分為不同的時間段，在各時間段上由一個領導節(jié)點負責區(qū)塊生成和交易打包。Bitcoin-NG中包含了用于選舉領導節(jié)點的關鍵區(qū)塊和包含交易數據的微區(qū)塊這兩種不同的區(qū)塊：關鍵區(qū)塊基于POW生成， 關鍵區(qū)塊選舉產生領導節(jié)點，領導節(jié)點被允許以小于預設閾值的速度生成微區(qū)塊。[11]Bitcoin-NG在經濟層面的解決思路與“隔離見證+閃電網絡”相似，即不改變區(qū)塊的市場容量，通過選舉領導節(jié)點放棄某一時間橫截面上的去中心化，提高了生成區(qū)塊的效率， 從而間接增加了市場容量。

2016年10月提出的Elastico作為第一個基于拜占庭容錯的安全分片協(xié)議，通過將全區(qū)塊網絡進行分片增強系統(tǒng)的可擴展性， 其思路是將區(qū)塊鏈網絡隔離為多個分片， 這些分片可并行處理互不重合的經濟交易集合。[12]分片改變了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的出塊和存儲結構，盡管提高了出塊速度、降低了能源消耗，但破壞了每個區(qū)塊內保存交易數據的完整性。

2017年在Elastico共識的基礎上，Omni Ledger提出ByzCoinX共識，通過一種抗預測的公共隨機協(xié)議選擇具有統(tǒng)計代表性的大型分片處理經濟交易，并引入跨分片提交協(xié)議進行原子級交易處理。[13]ByzCoinX共識結合了Elastico共識和選舉類共識的優(yōu)勢，通過并行跨分片數據處理優(yōu)化區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能， 是一種既能提供可擴展性而又不必長期去中心性的架構。沿著將選舉類共識融入POW類共識的發(fā)展路徑，消逝時間證明共識機制 （Proof of Elapsed Time， POET）、運氣證明共識機制 （Proof of Luck，POL）、空間證明共識機制（Proof of Space，POSP）以及有益工作證明共識機制 （Proof of Useful Work， POUW）等無須消耗算力進行挖礦的算法相繼誕生。在現階段去中心化、高效率、安全性三者不可兼得的情況下，基于POW類共識機制的區(qū)塊鏈項目必定要有所取舍。盡管當前POW類共識效率低、能耗高等缺陷難以根除，但POW仍是歷史最久、影響最大的共識機制，被廣泛接受的工作量仍然為區(qū)塊鏈項目的價值提供了堅實的支撐。

（二）權益證明機制（POS）及其經濟學含義

2011年7月， 名叫Quantum Mechanic的區(qū)塊鏈愛好者在比特幣論壇中首次提出了POS算法共識。在2012年8月誕生的點點幣是首個基于POS共識機制的區(qū)塊鏈項目，由該經濟系統(tǒng)中具有最高權益的節(jié)點獲得記賬權， 其中的權益表現為節(jié)點對該區(qū)塊鏈系統(tǒng)token的所有權，稱為“幣齡”（Token day），類似于傳統(tǒng)金融中的股權治理機制，只是將時間因素囊括其中。在最經典的POS機制中，“幣齡”等于token的數量乘以持有時間：Token day=Token*Timeweight。在POS的改進版本中，“幣齡”在其原始經濟含義的基礎上根據不同項目做了不同程度的修改。截至2019年6月，全球已有超過400個區(qū)塊鏈項目采用POS共識機制，總市值超過140億美元?？紤]到以太坊等項目正在從POW向POS轉換，而以太坊又具有最豐富的經濟生態(tài)，未來POS類共識可能成為最主流的共識機制。

POS共識機制誕生初衷是克服POW共識機制的不足，事實上也在一定程度減輕了出塊速度慢和能源浪費等問題，同時進入門檻較POW更低，對中小節(jié)點更加友好，中小節(jié)點不需要部署礦機和廠房即可參與記賬。但是也存在一定的缺陷：第一，初始的token分配方式存在問題。不同于POW通過算力競爭記賬權，POS的初始分配方案難以機制化。一般而言，在POS項目發(fā)展的初期，難以對token進行廣泛的社會化分發(fā)，只能集中在少數的項目創(chuàng)始人及重要利益相關者手中。第二，不同于POW驗證節(jié)點作惡具有成本的約束機制，POS驗證節(jié)點作惡的成本在token價格較低時非常低。對于作惡低成本帶來的問題是作惡節(jié)點會頻繁出塊和簽名，或者在多條鏈的分叉上簽名，并為獲得更多獎勵攻擊區(qū)塊鏈系統(tǒng)，即所謂的“無利害攻擊”（Nothing at Stake）。第三，在POS共識中，需要足夠的節(jié)點對token進行 持有才能維護系統(tǒng)的健壯與安全，區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)才有良性發(fā)展的空間。這會導致以下兩個問題：一是，POS項目在早期參與者較少，如果token持倉的集中度非常高，則很有可能出現數量很少的記賬節(jié)點壟斷出塊的現象，這會極大提高區(qū)塊鏈的系統(tǒng)性風險。二是，即使token的持倉分布較為合理，但并非所有節(jié)點都是記賬節(jié)點。受限于持倉量、成本和專業(yè)度等因素，token持有人往往會選擇將token委托給節(jié)點運營商（包括數字貨幣錢包提供商、數字貨幣交易平臺、第三方服務提供商等）管理，由節(jié)點運營商代為行使出塊、投票等權利，而token持有人享有分紅等權利，這也就是所謂的“Staking Economy”。2019年3月，Coinbase Custody對基于POS共識的區(qū)塊鏈項目Tezos為客戶提供token托管服務，扣除相關費用后，投資者的年收益率約為6.6%。

對POS共識機制的改進主要針對其三個缺陷進行，但對三個缺陷進行改進的難度各不相同。初始的token分配方式問題是POS共識的內生性問題，解決方式一般是先采用POW共識機制，在生態(tài)發(fā)育良好后再向POS共識機制轉化。對于 token持倉量的分布性問題則需要依靠經濟激勵和營銷渠道去解決，在現實中很多非法集團采用傳銷去解決這一問題，這事實上給區(qū)塊鏈行業(yè)帶來了巨大的負面影響。如何從經濟模型上設計一套完善的初始token分發(fā)機制進而形成合理的token持倉分布是進一步完善POS共識的關鍵。

對于“無利害攻擊”則主要從算法上對POS進行修正解決，形成了Tendermint、Casper、Ouroboros、Tezos和HoneyBadger等新型共識算法。原始POS算法共識假設系統(tǒng)節(jié)點在長期是靜態(tài)和穩(wěn)定的， 這在現實區(qū)塊鏈系統(tǒng)中并不存在。2014年誕生的Tendermint共識將動態(tài)驗證器集合和循環(huán)領導節(jié)點選舉納入POS共識， 為解決“無利害攻擊”這一弊病，Tendermint節(jié)點須繳納保證金， 若有作惡行為保證金則會被沒收。同時，Tendermint基于PBFT共識算法， 可抵御區(qū)塊鏈系統(tǒng)中三分之一的作惡節(jié)點攻擊，具有較好的魯棒性。[14]2016年誕生的HoneyBadger算法是可在無任何網絡時間假設的前提下實現經濟系統(tǒng)的活性，同時可實現漸近有效性的原子廣播協(xié)議， 每秒交易量（Transactions Per Second，TPS）可到達萬量級。[15]2017年8月誕生的Ouroboros提出了一種新型獎勵機制驅動POS共識機制， 使得誠實節(jié)點的行為趨近納什均衡， 可有效抵御區(qū)塊截留和自私挖礦等礦工策略性行為導致的安全攻擊。[16]

（三）委托權益證明機制（DPOS）及其經濟學含義

DPOS共識機制本質上屬于POS類共識，為克服POS在區(qū)塊容量、出塊速度等方面的局限而產生，但因其在經濟模式上的創(chuàng)新和現實中的影響一般將其視為一種新型共識機制，2013年8月由去中心化的數字資產交易所BitShares首次提出。DPOS共識的基本思路類似我國的人民代表大會制度， 采取民主集中制得原則，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的每個token持有者都有選舉出塊節(jié)點的權利，也有被選舉成為出塊節(jié)點的權利。在比特股中，出塊節(jié)點的數量是101個，在愿意成為出塊節(jié)點的所有節(jié)點中獲得投票前101名的節(jié)點將成為出塊節(jié)點， 按照既定時間表輪流對交易進行打包、結算及出塊。[17] 出塊節(jié)點的義務包括提供帶寬及算力、參與出塊過程、維護系統(tǒng)安全等。出塊節(jié)點可通過出塊獲得區(qū)塊獎勵和交易費用，但若token持有者認為出塊節(jié)點未能履行義務，其記賬權會被取消，由得票最多的候選節(jié)點遞補。每個出塊節(jié)點服從相同概率隨機獲得出塊記賬機會，被抽中時有2秒權限生成區(qū)塊、完成記賬。若出塊節(jié)點未能按時出塊，出塊權限則交給下個時間區(qū)間對應的出塊節(jié)點。出塊節(jié)點按照最長鏈原則選擇在高度最高的區(qū)塊后添加自己的區(qū)塊。DPOS共識機制由于減少了出塊節(jié)點的數量和出塊時間，可實現VISA和MasterCard級別的數據吞吐能力。

BitShares采用的原始DPOS共識在每個時間區(qū)間都是由單個記賬節(jié)點完成，盡管記賬節(jié)點被隨機抽出，但仍有作惡的可能性。2018年6月主網上線的EOS在原始DPOS共識的基礎上融入拜占庭容錯算法，采用了DPOS-BFT共識，在投票選舉出記賬節(jié)點的基礎上，使用BFT類算法在記賬節(jié)點間形成共識。EOS共有21個出塊節(jié)點，BFT類共識可對1/3的記賬節(jié)點容錯，即任一區(qū)塊得到15個及以上的記賬節(jié)點確認即可最終確認。[18]

DPOS共識機制能解決POW共識的能源消耗和聯(lián)合挖礦對區(qū)塊鏈系統(tǒng)去中心化構成威脅的問題， 也能彌補POS共識中部分擁有記賬權益的節(jié)點只關注收益率而不希望參與記賬的缺陷， 對高效率、去中心化、靈活度等系統(tǒng)重要經濟目標取了一個內部解的折中方案。但是DPOS共識機制由于記賬節(jié)點數量有限并且公開，攻擊者想要發(fā)動攻擊較為容易，記賬節(jié)點需要額外保護措施，增加了節(jié)點運行成本。此外，區(qū)塊鏈原教旨主義者認為DPOS共識機制破壞了比特幣區(qū)塊鏈去中心化的特征，是向中心化經濟系統(tǒng)的妥協(xié)。

（四）有向無環(huán)圖（DAG）及其經濟學含義

有向無環(huán)圖指任意一條邊有方向、不存在環(huán)路的圖形結構。DAG共識機制改變了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的市場結構，DAG中的交易單元包含了交易、簽名及父輩單元信息，交易單元間以哈希相關聯(lián)，在經濟系統(tǒng)中不存在區(qū)塊概念，自然也沒有出塊、打包等過程，DAG通過用戶間相互確認縮短交易確認時間。在DAG共識機制中所有交易都并發(fā)進行，無交易吞吐量瓶頸限制，節(jié)點越多交易確認速度越快，在鏈式結構無此類優(yōu)點。DAG結構和鏈式結構本質上都是分布式結構，其本質區(qū)別在于賬本的異步性與同步性：DAG作為一種典型的謠言傳播算法，通過在節(jié)點間發(fā)送賬本數據，將記賬行為進行異步處理來增加數據吞吐量；鏈式結構則是實現定期同步檢查點的數據庫同步機制。[19]

DAG共識機制通過以下步驟防止雙重支付：第一，節(jié)點嘗試使用兩個相同的輸出單元時，當其中一個單元包含另一個單元時、且有先后順序時，則直接拒絕后面單元。第二，兩個相同的輸出單元，無先后順序，則在整個DAG經濟系統(tǒng)中，建立總順序后，出現早的單元得以確認，出現晚的單元無效。第三，設置總順序的定義，相同地址發(fā)布超過一個單元時，要求每個后續(xù)單元包含所有先前單元。第四，若節(jié)點惡意發(fā)布順序相同的兩個單元，無論這兩個單元輸出中有無相同字符按照全網總順序處理，后續(xù)單元 無效。第五，若用戶按照協(xié)議嘗試同一輸出兩次排序后生成單元，則按照本身順序，晚生成單元無效。

DAG在革新數據結構和記賬方式的同時，也存在一些問題：第一，無法保證交易狀態(tài)的原子性和賬本的統(tǒng)一性。從時間維度而言，可能存在某節(jié)點在確認某筆交易時候，其交易確認時間無法估計；從節(jié)點維度而言，可能存在某節(jié)點沒有被廣播到某時間的交易信息，從而導致交易無法更新。第二，在并行處理模式下，隨著交易量增多，DAG數據結構會日益復雜，對安全性提出的要求也會日益增加。

總結而言，不同算法共識的經濟學含義都是解決“誰有記賬權”和“在分布式系統(tǒng)中如何同步賬本”這兩個核心問題，在POW共識機制提出問題的解決方案后，POS、DPOS以及DAG等新型共識機制試圖對POW的缺陷進行改進，或對于區(qū)塊鏈經濟系統(tǒng)的不同政策目標進行取舍。同時，不同算法共識具有融合的趨勢，尤其以POW與POS共識機制的有機結合最為突出，POW解決了POS的初始token分配問題和作惡節(jié)點成本低問題，而POS在一定程度減輕了POW出塊速度慢和能源浪費問題。此外，若在POW的基礎上引入POS，則將區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性建立在誠實節(jié)點擁有超過一半權益的基礎上，即同時掌握超過51%的算力和權益才能發(fā)起51%攻擊。

四、如何協(xié)同區(qū)塊鏈三種類型的共識機制

區(qū)塊鏈作為一項蘊含經濟學內核的技術，理解其共識機制的經濟學含義、優(yōu)化共識機制的經濟模型設置對推進區(qū)塊鏈技術落地、賦能實體經濟發(fā)展具有重要意義。狹義上的區(qū)塊鏈共識機制指算法共識，算法共識是構成區(qū)塊鏈的必需要件，也是區(qū)塊鏈項目的基本面之一。但同時“人的共識”——決策共識和市場共識，也在區(qū)塊鏈的發(fā)展中起到不可替代的作用。決策共識起到對算法共識不斷修正的作用，決策共識的收斂與否決定了算法共識的穩(wěn)定性。市場共識代表了區(qū)塊鏈系統(tǒng)內的利益相關者通過“用腳投票”的方式表示對該項目的認可程度。當前將區(qū)塊鏈共識機制狹義化的現狀割裂了三種不同類型的共識機制，對區(qū)塊鏈的深化發(fā)展造成了阻礙。

區(qū)塊鏈三種共識機制的割裂本質上體現了鏈上治理與鏈下治理的分離。任何一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)都在時刻與外界進行著信息與價值交換，即使是公有鏈也會受到鏈外中心化設施的影響，因此完全意義上的去中心化是不存在的。自2009年區(qū)塊鏈正式誕生，決策共識治理機制缺失導致的各種分叉和市場共識缺失導致的token價格暴漲暴跌深刻地影響了區(qū)塊鏈的演進與嬗變。此外，圍繞區(qū)塊鏈的法律、政策等鏈下治理設施對鏈上的算法共識也有重要影響。因此，推動促進區(qū)塊鏈三種類型共識機制的協(xié)同發(fā)展對于貫徹落實習近平總書記區(qū)塊鏈重要講話精神具有積極意義。

第一，要把區(qū)塊鏈作為核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口，強化基礎研究，著力攻克一致性、可用性和分區(qū)容錯性三者難以兼容的技術瓶頸，不斷完善現有算法共識，根據形勢創(chuàng)建適合應用場景的新型算法共識機制，加大人員和資金投入力度，進一步打通創(chuàng)新鏈、應用鏈、價值鏈，加快推動區(qū)塊鏈技術和產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，著力推進區(qū)塊鏈同人工智能、物聯(lián)網、大數據等前沿科技的深度融合。

第二，為區(qū)塊鏈決策共識機制的建立提供完善的基礎設施和健全的法律政策環(huán)境，著力提高社會對區(qū)塊鏈的接受程度和認知水平。探索實現區(qū)塊鏈項目利益相關者同區(qū)塊鏈項目的激勵相容機制，提升我國在決策共識形成過程中的國際話語權和規(guī)則制定權，對有價值、有意義的區(qū)塊鏈分叉保持開放態(tài)度，保持和鞏固中國在主流公有鏈挖礦產業(yè)的領導地位。

第三，盡管聯(lián)盟鏈是我國區(qū)塊鏈落地的主要方式，但仍應正視公有鏈在技術創(chuàng)新、微觀治理等方面的重要作用，通過市場共識引導建立均衡的算法共識和決策共識機制。加大對公有鏈和聯(lián)盟鏈的混合鏈的研究和實踐，在充分利用聯(lián)盟鏈許可性和監(jiān)管性強的基礎上，將可公開的數據放到公有鏈上，接受公眾監(jiān)督，落實十九屆四中全會將數據作為生產要素和分配要素的決定。

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