打棒球时，本垒打要求击球手击出越过外场围栏的公平球，让击球手能够在没有对手的情况下爬垒。只有因为球员、裁判和观众都同意定义本垒打的参数，才有可能得分。如果一支球队认为球必须越过围栏才能组成本垒打，但另一支球队认为球也必须从树上反弹才能获得资格，那么缺乏共识将使成就的状态受到质疑。
在财务方面，这是毫无疑问的。没有人愿意把三个比特币给 房地产经纪人 然后听到“恭喜，您可能已经买了房子”这句话。
共识机制促进了区块链网络中节点之间的协议。简单来说，他们确保每个玩家都同意游戏规则。
共识系统通过确保网络不依赖单点故障来保护网络的去中心化;但它也通过确保网络不依赖于单个授权点来保护网络安全。例如，如果棒球没有规则手册，就没有什么可以阻止击球手将球击中两英尺，然后宣布“本垒打”。同样，如果区块链上没有共识机制，就没有什么可以阻止单个不良行为者单方面验证区块链上的交易以致富。
区块链如何验证交易 – PoW、PoS 等
工作量证明与权益证明是加密货币网络中用于验证交易的两种主要共识机制。关键区别在于他们如何确定谁可以验证交易。PoW 依赖于计算能力，参与者通过竞争解决复杂的难题，而 PoS 则利用类似彩票的系统，参与者是根据他们的加密货币赌注来选择的。
在 PoW 区块链上，例如比特币，您击中区块的几率与您拥有的处理能力成正比。在 PoS 区块链上，例如 Etheruem 或 Cardano，您击中区块的几率与您个人拥有的货币数量成正比。需要注意的是，只有 PoW 区块链上的硬币可以开采，因为 PoS 链会根据随机抽取来奖励区块。
第三种方法称为委托权益证明 （DpoS），是一种共识机制，网络用户投票选出代表来验证交易。DPoS 不是像权益证明 （PoS） 那样每个用户都直接参与验证过程，而是允许一小群当选的代表来处理工作。
工作量证明
工作量证明 （PoW） 的概念最初于 1993 年提出，作为打击垃圾邮件和拒绝服务攻击的一种方式。后来，在 1997 年，Adam Back 实施了一种名为 Hashcash 的 PoW 机制，进一步巩固了这一概念。从那时起，已经进行了一些其他实际实施的尝试，但直到比特币被开发并随后由中本聪推广，PoW 才得到广泛适应。
利用这种方法，矿工们可以竞争解决极其复杂的数学问题。第一个到达终点线的矿工验证交易，并获得该货币的区块作为他们贡献的奖励。然后，网络上的其他节点会验证该解决方案，以确保大多数人都同意区块链账本的状态，从而防止单个实体控制它。
PoW 机制的解谜过程以多种方式保护网络：
1. 能源密集型： 解决难题需要大量的计算能力和能量。这使得恶意行为者难以发起攻击，因为他们需要大量资源。
2. 计算工作量： 谜题的复杂性确保找到解决方案需要时间和精力。这会减慢添加新区块的过程，使攻击者更难纵区块链。
3. 不可变链： 一旦交易被确认并添加到区块中，它实际上就成为永久性的，也称为不变性。这种持久性是由将链上每个区块相互链接的加密哈希来强制执行的。更改任何一个区块都会使链中的每个后续区块无效。创建欺诈性区块需要重新计算所有后续区块，这对于不良行为者来说在计算上是不切实际的。如果有可能的话，黑客解决后续区块所消耗的能量将超过犯罪实际支付的成本。
使用 PoW 的著名项目包括比特币、狗狗币、莱特币和以太坊经典。
权益证明
在 PoS 系统中，验证者根据他们持有的硬币数量选择创建新区块，并愿意作为抵押品“质押”。这些代币基本上是锁定的，这意味着它们在质押时不能交易或出售。这阻止了恶意行为，因为如果验证者不遵守规则，他们就有可能失去他们的股份。
区块验证者是根据他们在网络中的经济利益，使用类似彩票的系统随机选择的。您质押的硬币越多，您被选中验证交易的几率就越大，从而获得区块奖励。将您质押的每一枚硬币都视为区块链彩票中的一张“彩票”。与 PoW 相比，这种方法显著降低了能耗，因为它消除了对资源密集型计算的需求。
使用 PoS 的著名项目包括以太坊 （ETH）、卡尔达诺 （ADA）、Polkadot （DOT）、Algorand （ALGO）、Cosmos （ATOM）、Tezos 和 Avalanche。这个比较—— 工作量证明 vs 权益证明 “——在考虑可持续性和能源使用时非常重要。
委托权益证明
另一种创新方法是委托权益证明 （DPoS），它在共识过程中引入了一层委托。在 DPoS 系统中，利益相关者选举少数代表，这些代表负责根据他们感知的资格来验证交易。这种方法提高了可扩展性和交易速度，同时仍然在一定程度上保持了去中心化。
使用 DPoS 的著名项目包括 EOS 和 TRON，它们因其每秒处理数千笔交易的能力而受到关注。
双倍花费和 51% 攻击
数字货币以数据的形式存在，可以很容易地复制。如果没有防止机制，有人可能会同时将相同的数字货币发送给多个人，从而多次花费相同的代币。这被称为“双花”，这也是共识对区块链的健康和稳定绝对至关重要的众多原因之一。
节点之间的共识是通过保留单个数据集（区块链不可变交易历史的共同商定版本）来实现的，而不是让每个单独的节点维护自己的数据库副本。节点从待处理交易中接收输入数据，然后在根据区块链规则检查交易后批准或不批准该交易。
例如，它验证交易是否已正确签名/授权，发送者是否有足够的可用资金，然后根据自己的区块链副本交叉检查请求，以确保购买不是已经完成的交易的一部分，这样做是为了防止双重支出。如果用户尝试使用已使用的硬币完成交易，则该交易将被拒绝。
集中化和安全性
PoW 机制的批评者对中心化表示担忧，因为矿池主导着哈希算力。例如，在撰写本文时，超过 60% 的新开采的比特币区块仅由三个领先的矿池生成。这种权力集中引发了对网络安全的严重担忧，因为有限数量的实体可以对整个区块链施加过度影响。例如，如果单个矿池占据了网络哈希率的很大一部分，它就有可能发起“51% 攻击”，从而获得对整个区块链的控制权。
与 PoW 相比，PoS 和 DPoS 的目标是在参与者之间更均匀地分配权力。基于财富集中度的集中化仍然存在风险;拥有更多硬币的人拥有更多的控制权。针对 PoS 区块链的 51% 攻击成功的几率很低，因为它需要单个实体拥有整个区块链中 51% 的硬币。
可扩展性和可持续性 – 为什么 工作量证明 vs 权益证明 问题
自 2009 年成立以来，PoW 共识机制已被证明可以有效地维护比特币的安全性和完整性。然而，对 PoW 的依赖也引发了对能耗和可扩展性的担忧。
与 PoW 系统相关的环境问题是其巨大的能源消耗。解决区块和保护网络所需的计算能力需要大量的电力，通常来自不可再生能源，这会导致碳排放量增加。
随着越来越多的矿工加入网络，解决区块难题的难度增加，导致更高的能耗和更长的交易时间。这严重限制了 PoW 驱动的区块链上的交易吞吐量。例如，比特币每秒只能处理 7 笔交易 （TPS），与可以处理数千个 TPS 的 Visa 等中心化支付系统相比，这相形见绌。
为了解决与可扩展性和效率相关的问题，以太坊于 2022 年 9 月转向 PoS 机制。此次升级将网络能耗降低了 99.9%，并为未来的可扩展性增强铺平了道路，因为 PoS 每秒可以处理比 PoW 多得多的交易。
此外，第 2 层创新，例如比特币的闪电网络或以太坊的 Ice，旨在通过在链下处理交易来提高可扩展性，同时仍然利用底层区块链的安全性。