基于PoA的系統(tǒng)將是私有區(qū)塊鏈的最佳解決方案

共識(shí)機(jī)制被譽(yù)為“區(qū)塊鏈的靈魂”。一提起共識(shí)機(jī)制，很多人會(huì)立馬想到 PoW、PoS、DPoS 等主流的共識(shí)機(jī)制。

其實(shí)，還有一類共識(shí)機(jī)制，目前正在大規(guī)模地落地應(yīng)用。它比其他“主流”的共識(shí)機(jī)制更快，可擴(kuò)展性更強(qiáng)，并且也不需要浪費(fèi)大量的能源來挖礦。它就是 PoA（Proof of Authority，權(quán)威證明）共識(shí)機(jī)制。

零售行業(yè)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者沃爾瑪（Walmart），世界領(lǐng)先的飛機(jī)部件和集成系統(tǒng)制造商GE航空（GE Aviation），正在使用PoA來跟蹤供應(yīng)鏈，而互聯(lián)網(wǎng)巨頭、區(qū)塊鏈“頭號(hào)大廠鐵粉”微軟公司（Microsoft）已創(chuàng)建了完整的基于 PoA 的企業(yè)產(chǎn)品線。

盡管如此，這種創(chuàng)新的共識(shí)機(jī)制還是存在一些與加密貨幣的基本原則相抵觸的問題，比如去中心化和匿名性。今天，我們就來深入了解下PoA權(quán)威證明機(jī)制，以及它的運(yùn)用場(chǎng)景。

1. PoA與其他共識(shí)算法的不同之處

PoA共識(shí)算法與PoW共識(shí)算法不同，它完全不需要挖礦。在基于 PoA 共識(shí)算法的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有的交易和區(qū)塊均由驗(yàn)證人（Validator）處理。因此，相比于 PoW，PoA 無需花費(fèi)大量資源來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的性能，從而使此類平臺(tái)的維護(hù)成本極低。

在 PoS、DPoS 共識(shí)算法中，用戶擁有的 Token 數(shù)量越多，他們成為節(jié)點(diǎn)、負(fù)責(zé)出塊的可能性就越大。而在 PoA 中，負(fù)責(zé)處理交易和驗(yàn)證區(qū)塊的驗(yàn)證人，必須經(jīng)過一系列的審查，必須要保證自身的可靠性。所以，PoA 的驗(yàn)證人非常關(guān)注自己的聲譽(yù)，聲譽(yù)是一項(xiàng)非常重要的資產(chǎn)，一般情況下驗(yàn)證人也會(huì)公開自己的身份。

下面，我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的類比來說明下各類共識(shí)機(jī)制。

在一個(gè)自然形成的村落中，村民之間的各種交易、村里的公共基礎(chǔ)設(shè)施開支等賬目，由誰來記賬呢？可以有很多種方式方法。

1、如果是由村長(zhǎng)或是村支書一個(gè)人來記賬，就屬于傳統(tǒng)的中心化記賬系統(tǒng)。這種記賬方法高效，但缺點(diǎn)也很明顯，那就是全村人必須要完全信任負(fù)責(zé)記賬的村長(zhǎng)或村支書。如果村長(zhǎng)或村支書作惡，篡改賬本，將會(huì)給整個(gè)村莊帶來損失。

2、如果將賬本完全公開，村民人手一份，但記賬權(quán)由全村的村民抽簽決定，每人抽一支，抽到記賬權(quán)的村民負(fù)責(zé)下一個(gè)月的記賬并享受一定的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，這就是 PoW 共識(shí)機(jī)制。誰家的人丁多，抽的簽就多，抽到記賬權(quán)的概率就大，這和 PoW 中誰投入的礦機(jī)多控制的算力大，誰挖出區(qū)塊的概率也就越大，有相似之處。這種記賬方法，整體上比較公平，但缺點(diǎn)是每隔一段時(shí)間（比如一個(gè)月）就要舉辦抽簽大會(huì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3、如果將賬本公開，人手一份，但記賬權(quán)由村民通過投票決定，誰獲得的票數(shù)多，誰來記賬，或者投票選出 21 名代表來負(fù)責(zé)記賬。這就是區(qū)塊鏈中的 PoS/DPoS 共識(shí)機(jī)制。這種記賬方法效率相對(duì)較高，也考慮了一定的公平性，但缺點(diǎn)是容易形成拉幫結(jié)派、拉票現(xiàn)象。

4、如果將賬本公開，人手一份，但記賬權(quán)交由村里那些德高望重的長(zhǎng)者來負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)記賬的長(zhǎng)者，有年齡限制，比如必須要 45 歲以上，60 歲以下，必須要德高望重，名聲好，過去沒有什么重大的污點(diǎn)事跡，值得村民信任等等。這就是區(qū)塊鏈中的 PoA 共識(shí)機(jī)制，這些負(fù)責(zé)記賬的長(zhǎng)者就是驗(yàn)證人（Validator）。

從上面的類比中，我們可以看到，要成為 PoA 共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證人（Validator），要具備很多條件，有一定的準(zhǔn)入門檻。

所以，采用 PoA 共識(shí)機(jī)制的大部分是有準(zhǔn)入門檻的聯(lián)盟鏈和私有鏈。

2. PoA 共識(shí)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

即便是現(xiàn)在，還可以看到很多人為 PoW、PoS、DPoS 等共識(shí)算法孰優(yōu)孰劣爭(zhēng)得面紅耳赤、不可開交。其實(shí)，共識(shí)算法并沒有那么明顯的優(yōu)劣之分，只有是否合適之分，適合應(yīng)用場(chǎng)景的共識(shí)算法就是好的共識(shí)算法。

PoA 共識(shí)機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)可以無限多，但驗(yàn)證人數(shù)量是有限的。節(jié)點(diǎn)主要是同步區(qū)塊鏈賬本信息，而驗(yàn)證人則負(fù)責(zé)驗(yàn)證交易、打包出塊。由于驗(yàn)證人數(shù)量有限，PoA 共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈在效率、可擴(kuò)展性上就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過像比特幣、以太坊這些主流的、去中心化程度高的公鏈。

由于存在準(zhǔn)入門檻，PoA 共識(shí)機(jī)制在安全性上也有一定的保證。常見的安全問題，比如雙花，也就是一份錢使用多次，在 PoA 共識(shí)機(jī)制中能非常容易地避免掉，因?yàn)樗械慕灰锥际球?yàn)證人進(jìn)行驗(yàn)證的。舉個(gè)例子，假設(shè)張三發(fā)起了雙花，同一筆錢既轉(zhuǎn)給了李四，又轉(zhuǎn)給了王五，驗(yàn)證人在收到交易確認(rèn)時(shí)，可以按照時(shí)間順序，直接把后一筆轉(zhuǎn)給王五的轉(zhuǎn)賬去掉，去確認(rèn)轉(zhuǎn)給李四的交易，從而避免張三發(fā)起的雙花取得成功。

但如果驗(yàn)證人自己作惡，自己發(fā)動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的攻擊或者篡改賬本，就很容易對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)造成傷害。對(duì)此，很多采用 PoA 共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊鏈會(huì)采用多重簽名機(jī)制來避免單個(gè)驗(yàn)證人作惡，或者讓驗(yàn)證人來自不同的區(qū)域、不同的利益集體，從而避免作惡。

3. PoA 共識(shí)機(jī)制的應(yīng)用落地

PoA 共識(shí)機(jī)制的一大應(yīng)用場(chǎng)景是物流，它涉及產(chǎn)品供應(yīng)鏈跟蹤以及商品、組件的驗(yàn)證。PoA 算法的透明性和速度使物流操作員可以實(shí)時(shí)跟蹤任何產(chǎn)品，以最大程度地提高交付效率。

世界領(lǐng)先的飛機(jī)部件和集成系統(tǒng)制造商 GE 航空（GE AviaTIon），就使用了 Microsoft Azure 提供的區(qū)塊鏈，利用 PoA 來改善零件的跟蹤和維修。GE 航空數(shù)字集團(tuán)的區(qū)塊鏈負(fù)責(zé)人 David Havera 說：

“在此之前，我們不得不手動(dòng)提取歷史記錄，記錄零件的制造地點(diǎn)和維修人員，這花費(fèi)了數(shù)月甚至數(shù)年的時(shí)間?，F(xiàn)在，我們只需掃描一部分，就可以實(shí)時(shí)掌握相關(guān)的動(dòng)態(tài)?！?/p>

零售巨頭沃爾瑪也已經(jīng)將 MediLedger 納入其跟蹤系統(tǒng)，以提高供應(yīng)鏈管理效率。MediLedger 項(xiàng)目使用的是以太坊區(qū)塊鏈的企業(yè)版，通過 PoA 共識(shí)算法來跟蹤藥品的來源。今年 6 月 25 日，沃爾瑪在報(bào)告中稱，到 2020 年，通過區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的跟蹤將涵蓋 40% 以上的蔬菜銷售額和 12.5% 的海鮮產(chǎn)品銷售額。

此外，聯(lián)合國(guó)世界糧食計(jì)劃署還使用了 Parity Ethereum 網(wǎng)絡(luò)來跟蹤交貨和余額結(jié)算，從而消除第三方金融服務(wù)提供商。

以太坊區(qū)塊鏈上的著名去中心化穩(wěn)定幣平臺(tái)——MakerDAO，就與采用了 PoA 共識(shí)算法的 POA Network 項(xiàng)目合作，推出了美元穩(wěn)定幣 DAI 的映射版本——xDai 和對(duì)應(yīng)的 xDai 區(qū)塊鏈。

xDai 區(qū)塊鏈屬于以太坊區(qū)塊鏈的一個(gè)側(cè)鏈，也采用了 PoA 共識(shí)機(jī)制，平均 5 秒出塊。xDai 區(qū)塊鏈解決了 DApp 的費(fèi)用無法與美元進(jìn)行錨定的問題，因?yàn)槭褂靡蕴簧系囊恍?DApp，用戶需要支付 ETH 或特定的 ERC-20 Token，而 ETH 和 ERC-20 Token 的價(jià)格波動(dòng)大。有了 xDai 區(qū)塊鏈，DApp 可以運(yùn)行在 xDai 區(qū)塊鏈上，使用穩(wěn)定幣 xDai 作為結(jié)算工具。

4. 小結(jié)

盡管基于 PoA 的區(qū)塊鏈放棄了去中心化的原則，但各種案例表明，該算法可以在面向企業(yè)的環(huán)境中成為一個(gè)很好的工具。

來自 Ethereum Express 的 Miller 評(píng)論道：“由于大多數(shù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的分散性質(zhì)，權(quán)益證明共識(shí)算法（PoS）并不總是適用于某些企業(yè)和公司。相比之下，基于 PoA 的系統(tǒng)可能是代表私有區(qū)塊鏈的最佳解決方案，因?yàn)樵撍惴ǖ男阅苊黠@更高?！?/p>

來自微軟的 Kaushik 持相同觀點(diǎn)，并補(bǔ)充說將 PoA 集成到其流程中的公司“具有兼容性，同時(shí)仍保持有效的多方協(xié)作的優(yōu)勢(shì)，雖然這會(huì)失去一定程度的權(quán)力下放。”