区块链共识机制研究综述 - Yi-Zhong, LIU; Jian-Wei, LIU; Zong-Yang, ZHANG; Tong-Ge, XU; YU, Hui; 刘懿中; 刘建伟; 张宗洋; 徐同阁; 喻辉 (Journal of Cryptologic Research, 2019)
自比特币被提出以来, 数字货币开启了新的时代, 而其背后的区块链技术也逐渐受到各界人士的重视. 共识机制作为区块链技术的核心, 决定了区块链的安全性、可扩展性和去中心化程度等许多重要特性. 本文从系统模型、共识机制本质、激励设置和安全攻击等角度对现有共识机制进行研究. 首先研究了共识机制的模型, 对网络模型、敌手模型和腐化模型给出定义和分类. 在不同的模型基础上, 将现有共识机制分为经典分布式共识和区块链共识. 其次, 对于经典分布式共识, 研究了PBFT、Paxos 等分布式一致性算法及其改进, 给出了算法具体流程和优缺点分析. 再次, 对于区块链共识, 根据应用场景的不同将其分为授权共识机制和非授权共识机制, 将非授权共识分为基于工作量证明的共识机制、基于权益证明的共识机制、采用单一委员会的混合共识、采用多委员会的混合共识和其他共识机制. 对于每一类共识机制, 给出其基本流程, 深入分析典型方案, 指出其存在的优缺点、交易规模以及可能面临的攻击方式. 最后, 指出了区块链时代共识机制在安全、扩容、启动、激励等层面的研究热点和发展方向.