像⽐特币、以太坊、NXT、Bitshares等这些区块链系统，其本质上是⼀种加密经济组织，它建⽴在点对点⽹络上，是去中⼼化、⽆管辖的，由密码学、经济学和社会共识来共同维护。这些加密⽹络因各种原因有着多种不同的风格——有些基于ASIC的⼯作量证明（PoW）、有些基于GPU的⼯作量证明、有些原⽣权益证明（PoS）、有些授权股权证明（DPOS）、还有我们即将见到的Casper权益证明——这些不同的风格都有着他们的哲学，在学习共识机制的时候，更重要的是理解其中的思想。 腐蚀监测“共识”，其汉语解释为共同的认识。相互没有联系的彼此，对⼀个特定问题持有共同的看法，除了因为⼀些不可控的道德、价值等⽅⾯的共识，规则的作⽤是⾮常重要的。
共识机制，就是游戏的规则，社会的法律，是⼈们共同采⽤的达成和维护共识的⽅式，也就是所有⼈都认可并遵守的规则，这也是区块链的灵魂所在。
共识机制在区块链中
区块链是去中⼼化的，没有⼀个指挥中⼼来告诉每个节点什么时候该做什么。所有⽹络上的参与者(节点)在共识机制下⼯作，他们⼀起协作完成⼀个按时间顺序的可信的公共账本(公开的数据库)，并且每个节点都保存⼀份完整的数据备份，每个节点的数据内容必须完全⼀致。
区块链上矿⼯的⼯作
区块链上，每个矿⼯都在努⼒打包交易数据，某矿⼯a打包了⼀个数据块，他把这个数据块向全⽹⼴播，其他矿⼯收到这个块后对数据进⾏验证，确认⽆误就把这个块存起来，停⽌当前的打包⼯作，继续下⼀次打包，以此延长区块链。
可能存在的问题
根据FLP原理。Impossibility of Distributed Consensus with One Faulty Process⼀⽂提出：在⼀个异步系统中我们不可能确切知道任何⼀台主机是否死机了，因为我们⽆法分清楚主机或⽹络的性能减慢与主机死机的区别，也就是说我们⽆法可靠地侦测到失败错误。当多个主机通过异步通讯⽅式组成⽹络集时，这种异步⽹络默认是不可靠的。
在这个不可靠的⽹络上，数据会有延迟，也可能丢失，然⽽每个矿⼯都在都默默的做着⾃⼰的⼯作，努⼒的打包、存储数据块，不会问别⼈打包的情况，那么：
有可能多个矿⼯打包了同⼀个交易
可能矿⼯b和矿⼯c都打包并⼴播了数据块，矿⼯d和矿⼯e分别收到了来⾃b和c的块，都验证通过并存储了数据
另外，所有在这个⽹络上⼯作的矿⼯们，他们会思考：
方波信号发生器我为什么要那么努⼒，我能得到什么
隔热杯我需要具备什么条件才可以出块
如果我打包的数据块没有通过验证，我的这次努⼒有回报吗
在⽹络上⼀定会存在⼀些恶意的矿⼯，⽐如：矿⼯a不⼴播他的数据块，⽽是直接在后⾯默默的继续打包
区块链的共识机制，主要就是为了解决这些问题，⽬前，已经发展出了多种机制，每种机制都有利有弊，本⽂主要简单介绍⼯，之后会继续专门介绍其他共识机制。
⼯作量证明(POW)
最早的⽐特币区块链所使⽤的共识机制，以消耗掉⼤量算⼒竞争出块。
电阻加热炉
⽐特币的最长链规则
⽐特币区块链上有⼀个共识——始终以最长连为主链(有效链)，也即 “最长链规则”。各节点都以数据块最多的⼀条链作为⾃⼰添加、更新区块的选择。这个规则对于⼯作量证明来说，⽆疑是⼀个神教，主链必然是⼴⼤矿⼯消耗最多经济资本创造出来的链。所有不合法、不在主链上的区块，最终都会被丢弃，以此维护⼀个权威的公共账本。
矿⼯挖矿的过程就是到nonce的值，使得下⾯的公式成⽴：
SHA256(SHA256(version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + nonce )) < TARGET
version: block的版本
prev_hash：上⼀个block的hash值
脚手架扣件
merkle_root：需要写⼊的交易记录的hash树的值
ntime：更新时间
nbits：当前难度
其中TARGET不是恒定不变的，在⽐特币区块链中，每2016个块(约14天)会根据这段时间出块的速度做调整，使出块速度保持在约10分钟，也就是难度控制。
在这2016个块的时间段内，哈希运算的难度是⼀定的，对每个矿⼯来说都是公平的，需要竞争的就是速度和运⽓了，谁拥有更多的算⼒，谁就有更⾼的概率在竞争中胜出，更快打包出块。
所以⽐特币区块链的⼯作量证明真的是⼀个⾮常纯粹的⼒⽓活，有时也会把它叫经典POW。
为什么需要等这么长时间，在这10分钟⾥，⽐特币系统在⼲什么？
⼴播区块
验证区块
完成新区块的哈希运算
这么长的时间，因为⽹络传输导致的数据问题概率⼤⼤减⼩，尽可能⼤的保证了所有矿⼯都收到⼴播并验证数据，但其实，传输和验证也并不需要10分钟那么长，其中90%的时间都⽤来进⾏哈希运算，因为这个运算的难度真的很⼤。也正是这样⾜够⼤的难度，才尽可能保证不同矿⼯同时出块的概率⽐较⼩，从⽽控制区块链少出现分叉。
在最长链规则下，即使区块链出现了分叉，随着时间的推移，两个链会变得不⼀样长，那么相对较短的⼀条链就会被丢掉，从⽽保持只有⼀条主链。
所以，⽐特币区块链的数据⼀致性，是建⽴在放弃交易处理效率的基础上的。
关于51%攻击
线性驱动器在POW共识机制下，如果某个节点拥有全⽹51%以上的算⼒，那么他就可以实现51%攻击(双花攻击)。所以区块链上，算⼒越多越分散，越安全。那么就需要保持矿⼯的活⼒，要有⾜够的激励让矿⼯努⼒挖矿，并且不断有新的矿⼯加⼊，这个激励就是丰厚的区块奖励和交易费⽤。
在⽐特币区块链上，区块奖励从最初的50个⽐特币，每四年衰减⼀半，现在只有12.5个了。但在区块奖励减少的同时，流通的⽐特币变多了，交易费也变多了，交易费的竞争更加促进了矿⼯的积极性，以此保障了⽐特币区块链的健壮性。
POW区块链的安全是建⽴在巨⼤的电⼒消耗上的，有新闻指出，。
到这⾥，相信已经对共识机制以及POW有了初步的认识，下⾯再看看以太坊的POW共识机制。
以太坊的POW共识机制
阅读，我们知道⽬前以太坊依然是POW共识机制。据最新消息，，此时以太坊将从POW过渡到POS。有兴趣的⼩伙伴可以了解⼀下。
以太坊的GHost协议
与⽐特币的最长链规则相⽐，以太坊的GHOST协议，唯⼀的也是最重要的不同就在于它选择主链的⽅式。
以太坊的出块时间只有⼗多秒，缩短出块时间就意味着难度降低，同⼀时间能出块的矿⼯就会变多，分叉概率就会⼤⼤升⾼，如上图，这种情况下如何维护⼀条主链。这就是GHOST的精妙之处，在⽐特币的最长链规则下，要避免出现分叉，⽽在GHOST协议下，却是利⽤分叉来保护区块链的安全性，如下图：
在以太坊的GHOST协议中，引⼊了叔块，如上图。当分叉出现时，矿⼯m0可以在挖区块2时引⽤1a、1b作为叔块，当m0挖出区块2时，矿⼯m1、m2就可以得到区块奖励的7/8，同时m0可以额外得到区块奖励的1/32×2。⽽矿⼯m1、m2在收到区块2的⼴播时会验证并发现m0挖矿的链更长，于是放弃⼿⾥的⼯作，转⽽在区块2后⾯继续挖矿。
在引⽤叔块时，最多同时引⽤2个，即m0⼀次引⽤叔块最多得到1/32×2的奖励
给叔块的奖励会随着离叔块的距离每增加1⽽减少1/8，直到距离到第8个块时不再有叔块奖励，如上图中区块1引⽤两个叔块1c、1d，矿⼯m3、m4分别得到7/8的区块奖励
通过这种⽅式，可以在⽹络中产⽣很多分叉，并且激励矿⼯在发现最长链时尽快合并，让更多的矿⼯在主链上挖矿。只要通过难度控制，保持主链和全⽹出块率不超过⼀个，就可以有效抵御双花攻击。
总结
在⼯作量证明的逻辑下，区块链会消耗⼤量能量，并且它的攻击和防守成本是1:1，并没有防守优势。但是我们依然不可否认其在区块链中的价值，它在⾃由市场和博弈论的基础上建⽴起来，为之后的其他共识机制奠定了基础。
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