区块链的共识机制有什么作用和意义

区块链是一个历史可追溯、不可篡改，解决多方互信问题的分布式（去中心化）系统。分布式系统必然面临着一致性问题，而解决一致性问题的过程我们称之为共识。

分布式系统的共识达成需要依赖可靠的共识算法，共识算法通常解决的是分布式系统中由哪个节点发起提案，以及其他节点如何就这个提案达成一致的问题。我们根据传统分布式系统与区块链系统间的区别，将共识算法分为可信节点间的共识算法与不可信节点间的共识算法。前者已经被深入研究，并且在现有流行的分布式系统中广泛应用，其中Paxos和Raft及其相应变种算法最为著名。对于后者，虽然也早就被研究，但直到近年区块链技术发展如火如荼，相关共识算法才得到大量应用。而根据应用场景的不同，后者又分为以PoW(Proof of Work)和PoS(Proof of Stake)等算法为代表的适用于公链的共识算法和以PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)及其变种算法为代表的适用于联盟链或私有链的共识算法。

工作量证明PoW算法是比特币系统采用的算法，该算法于1998年有W.Dai在B-money的设计中提出。以太坊系统当前同样采用PoW算法进行共识，但由于以太坊系统出块更快（约15秒），更容易产生区块，为了避免大量节点白白陪跑，以太坊提出了Uncle块奖励机制。POS算法最早由SunnyKing在2012年8月发布的PPC系统中首先实现，而以太坊系统也一直对PoS抱有好感，计划后续以PoS代替PoW作为其共识机制。

PoS及其变种算法可以解决PoW算法一直被诟病的浪费算力问题，但其本身尚未经过足够验证。PBFT算法最早由Miguel Castro和Barbara Liskov在1999年的OSDI99会议上提出，该算法相较原始拜占庭容错算法具有更高的运行效率。假设系统中共有N个节点，那么PBFT算法可以容忍系统中存在F个恶意节点，并且3F+1不大于N。PBFT共识算法虽然随着系统中节点数增多而可以容忍更多的拜占庭节点，但其共识效率确实以极快的速率下降，这也是我们能看到的应用PBFT做共识算法的系统中很少有超过100个节点的原因。

无论是PoW算法还是Pos算法，其核心思想都是通过经济激励来鼓励节点对系统的贡献和付出，通过经济惩罚来阻止节点作恶。公有链系统为了鼓励更多节点参与共识，通常会发放代币（token）给对系统运行有贡献的节点。而联盟链或者私链与公有链的不同之处在于，联盟链或者私链的参与节点通常希望从链上获得可信数据，这相对于通过记账来获取激励而言有意义得多，所有他们更有义务和责任去维护系统的稳定运行，并且通常参与节点数较少，PBFT及其变种算法恰好适用于联盟链或者私链的应用场景。