鄧岳南

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

1 共識機(jī)制的演變與分類

首先，我們需要先了解共識機(jī)制在區(qū)塊鏈技術(shù)體系中的位置與特性。我們通常所說的“共識機(jī)制”是1 種區(qū)塊鏈治理體系。由于該機(jī)制并不僅僅是1 種單一的技術(shù)，還是1 種通過經(jīng)濟(jì)學(xué)理論、博弈論理論等多學(xué)科聯(lián)合設(shè)計(jì)產(chǎn)生的機(jī)制性系統(tǒng)，同時(shí)也是一整套可以保證區(qū)塊鏈中各節(jié)點(diǎn)都能積極維護(hù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的方法。因此，共識機(jī)制并不是由某1 項(xiàng)理論或者算法產(chǎn)生的，而是多學(xué)科理論聯(lián)合設(shè)計(jì)完成的無懈可擊的邏輯體系。該體系的首倡者就是比特幣的發(fā)明人“中本聰”。然后共識機(jī)制就逐漸發(fā)展成為1 種在區(qū)塊鏈中專門維護(hù)分布式賬本多中心化的重要機(jī)制，是保證區(qū)塊鏈安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心，也是區(qū)塊鏈去中心化進(jìn)程中不可或缺的重要“基石”。

在目前已知的區(qū)塊鏈各類型項(xiàng)目中，誕生了非常多的共識機(jī)制系統(tǒng)，但是如果仔細(xì)劃分，就會發(fā)現(xiàn)目前已知的共識機(jī)制中大多數(shù)都是從4 種最常用的機(jī)制演變而來。萬變不離其宗，目前的共識機(jī)制最基礎(chǔ)的有4 種機(jī)制，包括工作量證明（POW）、權(quán)益證明（POS）、股份授權(quán)證明（DPOS）以及混合證明機(jī)制（HPM）[1]。

1.1 工作量證明機(jī)制

工作量證明機(jī)制是通過每1 個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)或者在終端通過算力決定記賬權(quán)，按照持有的算力占總算力的百分比來決定獲得該次記賬權(quán)的概率?！案偁幱涃~”是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的1 種特色化記錄方式，它解決了如何在去中心化的記錄系統(tǒng)中確保大家記錄的東西是一致的問題。每過一段時(shí)間，在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)上就會產(chǎn)生1 次記賬權(quán)的爭奪，即區(qū)塊鏈行業(yè)中經(jīng)常談及的“用腳投票”。算力越高越容易獲得記錄權(quán)，與走得遠(yuǎn)、爬的高的人在人群中更容易占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)權(quán)類似。通過不停地計(jì)算來進(jìn)行工作，使用哈希計(jì)算，算出期望的隨機(jī)數(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)中，我們通常將隨機(jī)數(shù)查找過程稱為“挖礦”，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)則形象地稱為“礦工”。而“挖礦”包括3 個(gè)最為重要的功能：在固定系統(tǒng)中發(fā)行新貨幣、維護(hù)系統(tǒng)的支付功能以及通過算力保障系統(tǒng)安全[2]。

1.2 權(quán)益證明機(jī)制

權(quán)益證明機(jī)制就是由持幣數(shù)和持有的時(shí)間來決定記賬權(quán)。持有幣數(shù)及持有的時(shí)間占系統(tǒng)總量的百分比決定了獲得該次記賬權(quán)的概率，即進(jìn)入系統(tǒng)或者固定社區(qū)內(nèi)的時(shí)間越早，越容易占據(jù)記賬權(quán)。

1.3 股份授權(quán)證明

現(xiàn)有的股份授權(quán)證明機(jī)制是1 種基本的共識算法，類似于政治學(xué)中的代議制民主。在股份授權(quán)的基礎(chǔ)上，需要先選舉若干“代理”，由“代理”來對產(chǎn)生的股份授權(quán)進(jìn)行驗(yàn)證和記賬，所有的記錄信息在每次展示時(shí)都是由“代理”輪流出具展示。但是該股份授權(quán)機(jī)制有1 個(gè)很明顯的問題，這是在犧牲了一部分去中心化特性的情況下得到的性能提升。

1.4 混合證明機(jī)制

混合證明機(jī)制是通過工作量證明來發(fā)行固定的貨幣或者積分，然后采用權(quán)益證明機(jī)制來維護(hù)整體社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的安全。多種混合機(jī)制能夠借用優(yōu)勢板塊更有效地完成共識機(jī)制設(shè)計(jì)，在該混合機(jī)制中運(yùn)用比較典型的就是以太坊。

2 財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中常見的痛點(diǎn)

財(cái)務(wù)監(jiān)督和監(jiān)管是財(cái)務(wù)系統(tǒng)中非常必要的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的存在是為了有效解決財(cái)務(wù)中存在的差錯(cuò)、遺漏、惡意篡改以及蓄意挪用等人為問題。然而在傳統(tǒng)財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，人為控制的中心化無時(shí)無刻不在對財(cái)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建隱形威脅，例如：系統(tǒng)的人為控制、管理層的控制權(quán)限、管理員的控制權(quán)限、財(cái)務(wù)流程的潛在漏洞、端口控制系統(tǒng)的漏洞以及代碼BUG 等[4]。

2.1 對原始憑證進(jìn)行審核和監(jiān)督

在廣泛應(yīng)用電子發(fā)票的過程中，虛開發(fā)票、原始票據(jù)遺落或丟失等各種問題依然層出不窮。因此，準(zhǔn)確無誤地記載每1 份原始憑證更加成為會計(jì)工作中極為重要的工作環(huán)節(jié)。如果人力無法完成，那么我們就需要應(yīng)用技術(shù)來作為彌補(bǔ)。但在以人為中心化的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，依然存在修改、篡改以及技術(shù)破壞等問題。

2.2 對會計(jì)賬簿的監(jiān)督

會計(jì)賬簿是財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)資料和核算的重要工具。在財(cái)務(wù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)頻發(fā)的案例中，93%以上的財(cái)務(wù)類犯罪行為，都是由人為對會計(jì)賬簿的偽造、變造、故意毀滅或者賬外設(shè)賬等造成的。無一例外，這些問題都是由人為可以對系統(tǒng)產(chǎn)生改變的路徑導(dǎo)致的。

2.3 對實(shí)物、款項(xiàng)的監(jiān)督

在任何財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，相關(guān)機(jī)構(gòu)以及個(gè)人都應(yīng)該對實(shí)物、款項(xiàng)進(jìn)行直接的監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)物、款項(xiàng)和會計(jì)賬簿對不上時(shí)，就應(yīng)該按照正常的法律流程辦理。在傳統(tǒng)的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，僅僅依靠人力上傳，根本無法徹底地記錄，甚至還會造成潛在的隱患。

2.4 對財(cái)務(wù)收支的監(jiān)督

在傳統(tǒng)的有中心化的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，財(cái)務(wù)收支問題需要依據(jù)現(xiàn)有的賬本或者收支報(bào)備情況進(jìn)行計(jì)算。由于一些虛假信息很容易讓財(cái)務(wù)收支計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)重大偏差，因此該中心化的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)根本無法達(dá)到去中心化區(qū)塊鏈的財(cái)務(wù)監(jiān)管效力。

2.5 配合國家監(jiān)督和社會監(jiān)督

在我國，每個(gè)單位都需要接受執(zhí)法部門的監(jiān)督和抽查，配合執(zhí)法部門的工作，如實(shí)提供材料，不得存有僥幸心理。但是在以往的工作中，財(cái)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用僅限于組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在審計(jì)工作開展后，還需要對其進(jìn)行大量梳理。如果給相關(guān)權(quán)利機(jī)構(gòu)的指定人員單獨(dú)開放特定時(shí)間段的具有審查功能的入口，則能夠完美解決國家監(jiān)督和社會監(jiān)督的問題。

3 對比共識機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)

在引入共識機(jī)制前，我們需要對4 種共識機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，這樣不僅可以幫助我們迅速分辨機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)，還可以在財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中依據(jù)實(shí)際情況引入最符合當(dāng)前條件的共識機(jī)制設(shè)計(jì)[3]。

3.1 工作量證明機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)

工作量證明機(jī)制是通過每一次真實(shí)有效的價(jià)值交易進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，也就是在財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，每1 筆有價(jià)值的費(fèi)用產(chǎn)生后就會自動計(jì)算并且分布式記賬，保證不會被遺漏和消除。該機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是：算法簡單，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)入，去中心化程度高；而面對外部的惡意破解時(shí)，它的表現(xiàn)也極其優(yōu)秀，想要破解具有工作量證明機(jī)制的系統(tǒng)需要掌握至少51%的算力以及投入極大的成本，因此，該系統(tǒng)的安全性極高；每1 名財(cái)務(wù)系統(tǒng)的計(jì)算參與者都需要通過節(jié)點(diǎn)求解哈希函數(shù)，整個(gè)過程不需要人為主動參與。由于該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是一旦建立社區(qū)，其運(yùn)算需求量巨大，需要相應(yīng)設(shè)備支撐，因此建立該系統(tǒng)后，前期的建設(shè)投入成本也有待商榷。該機(jī)制比較適合資金實(shí)力雄厚的組織或者機(jī)構(gòu)，一般性的高校財(cái)務(wù)系統(tǒng)或者小微企業(yè)并不太適用[5]。

3.2 權(quán)益證明機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)對比

權(quán)益證明機(jī)制就是通過簡單的計(jì)算完成對每1 個(gè)有價(jià)值的部分的證明后，通過分布式記賬在權(quán)益節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行證明，相當(dāng)于1 種通行證或者“證件”。該計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是非常節(jié)能，不需要耗費(fèi)過多的能源和硬件設(shè)備；并且因?yàn)楣?jié)省了運(yùn)算的過程，所以大大縮短了運(yùn)算時(shí)間，提升了效率。美中不足的是：實(shí)現(xiàn)規(guī)則頗為復(fù)雜由于其設(shè)計(jì)理念是“證明”這其中摻雜了很多人為因素，容易產(chǎn)生安全漏洞；“權(quán)益證明機(jī)制”與“工作量證明機(jī)制”相同，隨著確認(rèn)次數(shù)的增加，達(dá)成共識的可能性也呈指數(shù)級增長。而在建立系統(tǒng)后，該系統(tǒng)下的共識機(jī)制的致命弱點(diǎn)是對“時(shí)長”的依賴問題，在該監(jiān)管系統(tǒng)下，它所代表的單位在系統(tǒng)中的時(shí)間越久，占有的權(quán)益越大，提出證明的難度就會越低，惡意攻擊者就越容易對系統(tǒng)發(fā)起雙花攻擊。（雙花攻擊正如其字面意思一樣，就是一筆錢可以花出去2 次。如果這都可以，那整個(gè)區(qū)塊鏈就無信任可言了。雙花攻擊要想保證成功，至少需要51%的算力，因此也叫51%算力攻擊）。

3.3 股份授權(quán)證明的優(yōu)缺點(diǎn)對比

股份授權(quán)共識機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)與權(quán)益證明機(jī)制一樣，幾乎不額外耗費(fèi)能源和硬件設(shè)備。在縮短證明過程中節(jié)省了很多時(shí)間，充分提高了效率。更有意思的是，在股份授權(quán)證明機(jī)制中的區(qū)塊鏈社區(qū)是不需要“挖礦”的，也不需要全節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證，而是由有限數(shù)量的見證節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，因此簡單、高效。而它的缺點(diǎn)也很明顯，就是過于中心化，“代理”在記錄的過程里，是可以存在巨大的人為操作空間的，存在非常嚴(yán)重的安全隱患。

3.4 混合共識機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)對比

混合共識機(jī)制就是將各類型的共識機(jī)制進(jìn)行融合、演變和重新設(shè)計(jì)，從而完成取長補(bǔ)短的共識機(jī)制設(shè)計(jì)。在目前的區(qū)塊鏈技術(shù)演變中，混合共識機(jī)制已經(jīng)開始逐步被DAG 取代。最早在區(qū)塊鏈中引入DAG 概念作為共識算法的是GHOST 協(xié)議。作為比特幣的交易處理能力擴(kuò)容解決方案，其在2013 年由 bitcointalik.org 上的 ID 為 avivz78 的以色列希伯來大學(xué)學(xué)者提出。其優(yōu)點(diǎn)是吞吐量極高，在數(shù)據(jù)量特別龐大，特別是財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)繁雜無序的情況下可以輕松解決共識問題；同時(shí)作為第3 代區(qū)塊鏈技術(shù)的核心共識機(jī)制，可以做到完全去中心化，甚至完全無中央控制。缺點(diǎn)則是在目前的技術(shù)領(lǐng)域難以完全實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)前的混合共識機(jī)制或者DAG 中，基本上都是部分實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)[6]?；旌瞎沧R機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

4 共識機(jī)制在財(cái)務(wù)監(jiān)管中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

由于在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中沒有像銀行這樣的集中機(jī)構(gòu)，也就是說，在每次信息傳遞和價(jià)值轉(zhuǎn)移的過程中，我們都必須依靠共識機(jī)制來保證每筆交易都在會計(jì)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行。該種新的共識機(jī)制使區(qū)塊鏈能夠在不依賴集中化組織的情況下高效地協(xié)作和完美地運(yùn)轉(zhuǎn)。除密碼技術(shù)外，共識機(jī)制也是區(qū)塊鏈必要的要素，是保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。

表1 混合共識機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)對比

因此，我們在設(shè)計(jì)財(cái)務(wù)監(jiān)管中的共識機(jī)制時(shí)，需要考慮3 個(gè)方面。

4.1 財(cái)務(wù)監(jiān)管對象

財(cái)務(wù)監(jiān)管對象是共識機(jī)制設(shè)計(jì)首要考慮的問題。對方組織結(jié)構(gòu)的大小直接決定了共識機(jī)制引入財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)后能否有效地進(jìn)行系統(tǒng)和社區(qū)運(yùn)營。同時(shí)，監(jiān)管對象的大小決定了引入共識機(jī)制的選擇，也直接決定了設(shè)備以及相關(guān)設(shè)施的建立。共識機(jī)制針對每1 名財(cái)務(wù)監(jiān)管對象在一定程度上都是絕對公平的，不會因?yàn)楸O(jiān)管對象在組織結(jié)構(gòu)中的權(quán)利大小而做出調(diào)整或改變。由于監(jiān)管對象產(chǎn)生了任何價(jià)值交易都會被忠實(shí)記錄，以分布式記賬的方式記錄在形成社區(qū)的區(qū)塊鏈中的每1 個(gè)信息節(jié)點(diǎn)上，在任何被需求該筆價(jià)值交易的計(jì)算中，都會被第一時(shí)間提取，因此也就不存在疏漏或者遺忘等情況，同時(shí)也完全避免人為改變數(shù)據(jù)的問題。

4.2 信息傳輸節(jié)點(diǎn)

在確定共識機(jī)制后，我們需要設(shè)計(jì)如何進(jìn)行財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中的信息傳輸以及被動信息采集。因?yàn)槠渲猩婕爸鲃由蟼餍畔?，所以也要設(shè)計(jì)相關(guān)機(jī)制。例如由于在資金使用、財(cái)務(wù)審核和報(bào)銷等的過程中，如果不進(jìn)行主動上傳，系統(tǒng)會直接不予以認(rèn)可，因此可以提高上傳信息的主動性。我們在設(shè)計(jì)共識機(jī)制之初，就對信息傳輸節(jié)點(diǎn)的設(shè)備做出了相關(guān)考量。將共識機(jī)制下的系統(tǒng)引入監(jiān)管對象的手持終端，包括識圖軟件以及文字提取技術(shù)。在信息上傳時(shí)，通過圖表、圖片等多種方式進(jìn)行上傳，既可以通過表單填寫票據(jù)的二維碼上傳，也可以通過直接拍照來完成有價(jià)值的信息的傳輸；既不用費(fèi)心費(fèi)力地計(jì)算結(jié)果，又可以在留存一手憑據(jù)的情況下完成信息上傳以及再計(jì)算。

4.3 財(cái)務(wù)監(jiān)管異常警報(bào)

由于在財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)作的過程中，肯定會出現(xiàn)相應(yīng)的異常狀況，例如支出與報(bào)銷不符合、收入無法通過審批，因此其溯源性非常重要。特別是在系統(tǒng)認(rèn)定該操作為無效交易或者違法行為后，如何發(fā)出警報(bào)更是設(shè)計(jì)的重中之重；對異常行為進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)警告，對違法行為直接報(bào)送相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)以及部門，對無效交易進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的社區(qū)通告。

在傳統(tǒng)的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中產(chǎn)生異常警報(bào)時(shí)，常常出現(xiàn)人為阻撓或者發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的情況；而在共識機(jī)制下的財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中，警報(bào)并不是由單一節(jié)點(diǎn)發(fā)出的。發(fā)現(xiàn)異常問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)會自動溯源。在每1 次溯源中系統(tǒng)都會產(chǎn)生相應(yīng)的警報(bào)，同時(shí)關(guān)閉或者停止與其相關(guān)的任何交易，不僅達(dá)到發(fā)出警報(bào)的目的，也可以完成及時(shí)止損。

5 結(jié)語

共識機(jī)制的引入能夠幫助財(cái)務(wù)系統(tǒng)建立高效、完整的財(cái)務(wù)監(jiān)管機(jī)制，避免人為帶來的影響，不會有任何痕跡，無論是出于證據(jù)保存還是憑據(jù)留存的目的，都能在發(fā)生問題時(shí)及時(shí)地處理以及溯源。財(cái)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)中共識機(jī)制的引入不僅輕松解決了許多繁復(fù)的財(cái)務(wù)信息上傳問題，也可以在最大程度上解決中心化干擾帶來的許多問題，同時(shí)接入的異常警報(bào)設(shè)計(jì)還能夠達(dá)到及時(shí)止損和多點(diǎn)警報(bào)觸發(fā)等目的，為未來財(cái)務(wù)系統(tǒng)軟件和程序甚至是財(cái)務(wù)監(jiān)管理念都帶來了巨大影響。