工作量证明方案解了一个比拜占庭将军问题更难更挑战的问题，就是在参与者集合未知的情况下，实现共识的一致性。
原文标题：《简版 区块链本质论 (2): 共识本质》
作者：王嘉平，中科院计算所博士，曾带领团队在 NSDI 2019 发表高性能并行分片区块链系统的论文
区块链被大家关注是件好事情，但非常不希望看到各种区块链项目盲目上马，造成各种社会资源的浪费。区块链技术本身尚在发展阶段，还有很多核心技术问题有待突破，对区块链技术本质还充斥着各种不同的理解。后面几天我们将就区块链的计算本质，技术难点，业务调整，社会影响等方面和大家分享。
(2) 共识机制
提到区块链，Consensus 是其中最为大家关注的一个新概念，被翻译成共识机制，或共识算法，或共识协议。这个东西到底是干嘛的呢？共识机制本质是一个解决方案，当一个分布式系统里面出现不一致的情况时，我们如何最终裁定一个唯一的大家公认的结果，消解这个不一致性。注意了，这里共识仅仅指分布式系统里面的一个算法方案，和我们通常意义上的舆论呀，社会认同呀，组织关系呀什么的，毫无关系，就像是雷锋和雷锋塔一样。别被忽悠了 ...
为什么区块链会需要共识机制呢，究其根本，源自于 讲到的区块链的计算本质。
因为在区块链系统中，计算是通过全网各方接力完成的，在去中心化的区块链网络中，并没有一个总指挥来分派这个接力过程，那么即使没有恶意攻击，也难免会发生己方争抢接力的情况，从而导致整个系统中出现多个不一致的接力结果。而共识机制所起得作用，就是在这个时候最终认定，哪个结果该留下来，后面按这个接着走；哪个结果会被抛弃。
对于这个问题，很早在分布式系统领域，为了解决容错问题，早有答案，并被归纳为一个叫做拜占庭将军问题 (The Byzantine Generals Problem)，其对应的有效解决方案成为拜占庭容错 (Byzantine Fault Tolerance)，就是经常听到的 BFT。早在 2007 年，这个问题就有了高效的算法 (PBFT)，但是为什么 2008 年末，中本聪发表的比特币系统设计方案中却采用了完全不同的设计，而没有采用 BFT 类的算法呢？
我们先看看容错是什么？假设有 100 个传感器，在观测比如机器是否正常运转。那么如果有一部分的传感器坏了，给出了不正确的观测值，我们该如何最终推断正确的观测结果呢？这个就是容错。当然，逻辑上的解法正如你现在直接想到的，少数服从多数，事实上也确实如此简单。当然实际的算法中要互相传递和迭代最终认定的结果 (基于数字签名)，要限制结果认定的时间期限 (所谓的 epoch)，要处理多数不够多的情况等。
从上面的例子可以看到，在 BFT 中，少数服从多数的这个数，来自于多少个共识的参与者。这个参与者的总是必须是预先设定好的。这意味着谁是参与者，得有个预先协商和设定的过程，在区块链系统中，有个叫法，叫做联盟链或者许可链 (permissioning blockchain system)。这就是为什么叫做拜占庭将军问题，因为你得先是一个将军，那么问题来了，谁来批准你成为一个将军呢？
这就是比特币系统一开始不采用 BFT 算法的本质原因。在比特币系统中，并没有一个参与者的批准过程，任何人都可以直接参与这个共识过程，即所谓的公链或者叫无需许可链 (permissionless blockchain system)。这是，我们如何利用少数服从多数呢？我们连总共有多少个参与者都不知道。这个部分就是比特币系统设计最耀眼的部分。很多人不明白这件事情，就觉得比特币系统好像就是一堆现有技术的堆砌，没什么技术含量。
在比特币系统中，少数服从多数的这个数，不再是多少个共识的参与者，而是一次次的哈希部分碰撞的计算结果。然后结合最长链规则来形成共识，即所谓的工作量证明 (Proof-of-Work)。从这里大家可以看到，工作量证明方案解了一个比拜占庭将军问题更难更挑战的问题，就是在参与者集合未知的情况下，实现共识的一致性。当然算法具体实现还有不少细节，工作量证明的难度调整呀，一致性后置的最长链原则，以及后面被改进的最重子树的原则等。
接着有了所谓的资产证明 (Proof-of-Stake) 共识系统，利用资产的数量来定义这个少数服从多数的这个数。利用资产的数量先行定义 BFT 共识算法中所需要的这个预设的参与者集合。这样，也可以实现无需许可链。也是一个不错的办法，只是，一开始初始的资产从何而来呢？
最后提一句性能，也就是吞吐量的事儿。很长一段时间大家以为吞吐量由共识算法决定，然后事实上并不是这样。上面提到的集中共识算法，都可以设定任意的块大小和出块间隔，来现实需要的吞吐量和块确认延迟。只要，整个底层网络有足够的带宽。下一篇，我们会着重聊聊这个事情。
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