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随着比特币、以太坊等数字货币的暴涨，数字货币的底层技术，区块链技术，开始进入大众的视野。姚劲波说：区块链有可能和互联网一样伟大。区块链技术比传统互联网技术好在哪里？它的实现原理优是什么呢？笔者希望通过本文，解答大家心中的疑问。
信息在互联网上的复制和传播成本近乎为零，这让大家可以很轻易地发布和获取信息。但是资产和信息是不一样的，资产本应是不应该被随意复制的。如果人民币可以被随意复制，那么人人都是亿万富翁了 :-)。
现在的互联网和金融技术，通过搭建中心化服务器，解决了资产传播的问题，但是成本居高不下。原因在于，当今的金融市场是建立在不同的服务提供商组成的庞大网络上的。在这个庞大的网络中，存在着各种互相孤立的数据系统及运作体系，这极大地影响了金融市场效率的进一步提升。在 2012 年欧洲央行的一份报告中，估计除了每个人都支付的直接费用外，间接成本高达 GDP 的 1％，大概每年 1300 亿欧元。在世界银行的报告中，跨国汇款的成本接近 8%。[1]
金融机构之间不能够无条件地信任对方，造成了金融领域数据孤岛的现象，进而导致了数字资产在互联网上流通成本居高不下。如果金融机构能够相互信任，那么所有的资产数据就可以在互联网上自由流通了，也就不存在数据孤岛的现象了，进而降低数字资产的流通费用。从道德上对信用的呼吁很难落到实处，有没有解决信任问题的技术手段呢？区块链技术的出现为解决信任问题带来了一丝曙光。现在区块链技术正在，除金融领域外的更多领域中进行应用，解决着这些领域内的信任问题。
利用区块链技术，可以创造出一种信任机器[2]。比特币系统就是基于区块链的记账机器；以太坊就是基于区块链的智能合约机器等等。而信任秘诀在于区块链的加密、公开且不可篡改的特性：
区块链技术是以密码学和数学为基础的，这是信任的根本。包括，椭圆曲线数字签名算法、非对称加密、哈希函数、梅克尔树等等。这些算法是密码学、数学上公认的穷宇宙之力都难以破解的算法。区块链上的数据是公开的，但这并不意味着你的秘密，可以被任何人知晓。利用这些加密算法可以保障你的数字权益，比如你的上网隐私，你的网络文章的所有权，还有你的数字钱包里的 Token。
公开是赢得信任的最好手段。基于区块链技术的系统的规则(程序)和数据都是公开的。任何参与方都可以通过运行区块链的程序的方式加入进来，进而对数据进行验证。从程序可靠性的角度出发，信任既可以建立在一个黑盒程序之上，又可以建立在一个开源的程序之上。从交易双方的角度看，信任既可以建立在一个值得被信赖的第三方之上，又可以建立在自己亲自验证的基础之上。在自己能验证，也能依靠第三方进行验证情况下，自己验证更可靠；如果自己不能验证，那就只能选择一个值得被信赖的第三方。区块链提供了一个更公开、更透明且能够自己亲自验证的机制，因此基于区块链技术的系统比黑盒和第三方更容易赢得大家的信任。
区块链技术不可篡改的特性，是数字资产不可复制的基础。技术上来说，我们可以对任何的数据进行：增、删、改、查。但是在基于区块链技术的系统上，删、改的操作的可行性几乎为零。
加密技术是在区块链出现之前已有的技术，本文不详细展开。区块链的最大创新，在于公开且不可篡改。本文接下来会剖析区块链的核心原理，帮助大家理解为什么它是公开且不可篡改的。
我们先从最简单的区块链记账机器开始，比如以太坊系统(比特币系统的原理稍微绕一些，但本质一样)，实际上就是多个节点维护同一个账本。记账机器会在账本上记录每笔交易的信息。通过初始时各个账户的余额和已记录的信息，就可以推断出任意时刻的各个账户的余额。也就是说区块链记账机器完成记账功能的基本原理是：状态机[3]。举个例子：在 state1 时，A B 都有 100；A 发起了一笔交易，支付 100 给 B，而这笔交易会被区块链系统记录下来。我们可以通过 state1 的账户余额和区块链上的交易记录，计算出 state2 时 A B 的账户余额：A 有 50，B 有 150。同理只要我们知道初始化的状态(Genesis)，并将使用区块链系统记录每笔交易，就可以算出任意时刻的任意账户的余额了。
在区块链技术出来之前，一直没有很好的方法解决去中心化记账过程中遇到的双重支付的问题。中心化记账指的是，一个节点(比如一台计算机)维护一个账本；去中心化记账指的是，多个节点维护同一套账本。
顾名思义，双重支付就是同一笔钱可用于两次支付。具体的说，就是在同一时间点，A 将 100 元，既支付给 B，又支付给 C。如果出现这种情况，A 就相当于把 100 元钱，当做 200 元钱来花了。但 B ，C 和记账机构三者之一就会因此遭受 100 元的损失。在中心化的记账系统中，双重支付的事情显然是不可能的。因为无论这两笔交易是否同时进行，中心化的记账系统处理这两笔交易一定会有一个先后顺序。中心化的记账系统会先处理第一笔交易，并在 A 的账户中扣除 100 元，再处理第二笔交易，如果此时 A 的账户中没有余额，第二笔交易就会失败。
在去中心化的记账系统中，会有多个记录交易信息的节点。在上述例子中，去中心化的记账系统中的一些节点会先收到 B 的交易信息；另一些节点会先收到 C 的这笔交易信息。在去中心化的记账系统中，所有节点都是平等的。不存在一个统筹的节点，来决定是先处理 B 的交易还是先处理 C 交易。这就产生了去中心化记账系统中双重支付的问题。
解决去中心化记账系统的双重支付问题，可以分成两步来讨论：第一步，确定交易信息的先后顺序；第二步，需要一个共识机制，来保证所有节点都认可这个顺序。
第一步，确认顺序的原理很简单，就是给交易排序。确定交易顺序的数据结构就是区块链。“区块链”中的“区块”，指的是在同一段时间内的交易信息及相关数据的集合。“链”就是把区块按产生的先后顺序连接在一起。
共识机制是区块链系统上独立节点们通过遵守一套相同的规则，自发地对区块的先后顺序达成共识。这套规则可以简单的描述为以下 3 步[4]。
所有节点质押成本(如：算力)竞争记账权，由胜利者产出并广播区块(记账信息)，并获得收益(如，比特币)奖励。
每个节点独立的对新区块进行验证，并组装进区块链。
每个节点对区块链进行独立选择，选择长度最长的区块链。
这个规则是如何让独立节点们自发地参与到区块链系统的记账之中呢？又是如何规避节点捣乱的问题呢？
第 1 步，保障了每个节点都会出于“自私”的目的，“诚实”地参与到区块链系统中来。“自私”指的是，节点都是为利润(收益 - 成本)而来。“诚实”指的是，遵循区块链的共识机制。但是有利润就会有作弊，如何防止作弊呢？这就要依靠后面两步。
第 2 步，保障了每个节点都可以对竞争胜出的节点的记账信息进行校验。即便有“捣乱”节点抢到了记账权，并记了假账，其他节点，包括你的节点，都可以通过验证得知是否作假。区块(账本)做不了假，那么有没有可能在链(顺序)上作假呢？也就是通过颠倒交易的先后顺序，进行双重支付。
第 3 步，保障了颠倒交易的先后顺序在经济上是不可行的。既然每个诚实的节点都选择的是最长的链，那么捣乱节点能不能制造一个最长的链呢？当捣乱链的长度，超过诚实链的长度的时候，整个交易的顺序就被颠倒过来了。在区块链上，父节点只能有一个，但是子节点可以有多个，多个子节点就会有分叉，称为 Fork。 捣乱节点可以在某个节点 Fork 原先的链，再用比诚实节点更快的速度，制造出一个最长捣乱链。这有没有可能呢？答案是，在技术上是有可能的，但是经济上是没有可能的。
假设有人用大笔资金买通现有的节点，帮助他弄出一个最长捣乱链，来超过现有的最长诚实链。这个捣乱的土豪要花多少资金呢？我们不妨拿比特币系统来算一笔简单的帐(虽然不完全正确，但可以说明为什么经济上不可能)。买通 51% 的节点才能在制造区块的速度上，超过剩余 49% 的诚实节点。假使捣乱节点只要制造 6 个节点即可成功捣乱，制造 6个捣乱节点需要 60*60s。也就是说，捣乱的土豪至少要支付 51% 的节点在 1 个小时内所花费的算力成本。这些算力对应的电费有多高呢？在我写文章时，比特币系统的全球算力为 9211434 TH/s；1 TH/s 算力大概要消耗 0.15 度电，每度电 0.32 元。这个捣乱的土豪至少需要付出 8 亿人民币。这就是区块链上的数据只能增、查，不能删、改的根本原因，太贵了！
51% * 921143 * 0.15 * 0.32 * 60 * 60 =
区块链技术的本质是通过公开的、加密的不可篡改的技术手段，为解决多方信任问题提供了一个方案。现在区块链技术离可大规模应用，还有很长的一段路要走。其中最关键原因是每秒确认交易的笔数太少、确认交易的时间又太长[5]。但是，换个角度思考一下，问题即机会。现在的区块链就像 98 年的互联网，未来充满挑战，也充满希望。
本文首发于 58无线技术 公众号
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参考文章：
中国区块链技术和应用发展白皮书
经济学人《The trust machine》
How does Ethereum work, anyway?
乔延宏译《精通比特币（第二版）》
Fundamental challenges with public blockchains
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数字货币与区块链原理
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最近几年，随着比特币的兴起并不断走高的价格，越来越多的投资者和机构开始对数字货币这一新兴概念产生了兴趣。由比特币创建并使用的区块链技术也获得了从创业公司到金融巨头的广泛关注和参与。
自08年诞生的第一种数字货币——比特币，从一万个币换一个披萨到一个币单价近两万，比特币8年暴涨百万倍，其背后的区块链技术更是被各大金融巨头竞相研究。
郎咸平教授称比特币是彻头彻尾的金融骗局，各种山寨虚拟币诈骗也层出不穷。比特币究竟是虚拟资产还是庞氏骗局？在全球范围爆发的勒索病毒，黑客为何索要比特币？人民日报发文称，央行更是早就设立了，并表示正在推进中国自己的数字货币系统。
到底什么是数字货币？没有中心节点的数字货币却号称不可伪造，数字货币和区块链究竟是如何运行的？又会给未来的互联网金融以及其他行业带来哪些变化？和每个人息息相关的金融服务将来会运行在区块链之上吗？
马云说，对于新兴事物，绝大多数人第一看不见，第二看不起，第三看不懂，第四来不及。如果你对比特币等数字货币处于“看不懂”阶段，不想等到“来不及”阶段，作为国内首发的数字货币与区块链的视频教程，将为你深入浅出地介绍数字货币和区块链技术的运行原理，让你对挖矿、钱包、签名、密钥这些技术不再陌生。
我需要具备编程基础吗？
不需要，本课程不涉及具体的程序开发，但会讲解一些密码学概念并动画演示程序的执行流程。
从事互联网、软件、金融等行业，希望了解数字货币和区块链技术的小伙伴
对比特币等数字货币运行原理感兴趣的小伙伴
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区块链的运行原理和发展
一、为什么会有区块链的创新？
第一代互联网的起点是TCP/IP协议，就是执行一个网络上所有节点统一格式对等传输信息的开放代码。但是这样一个并不复杂的创新对于人类的影响是划时代的，她把全球统一市场所需要的基本价值观：“自由、平等、博爱”，给程序化、协议化、可执行化了。进而派生出STMP邮件协议、HTTP域名协议等，去中心化的实现了全球信息传递的低成本高效率。正如阿里巴巴副总裁高红冰所说：
“互联网就是消灭那个价值很低、成本很高的（信息）供应链——它开放、互联、对等、全球化、去中心化。”
我们知道：市场的本质也是去中心化的，她自动执行也就是“等价交换”的去中心化协议，就像诺贝尔奖金获得者罗纳德o科斯总结的：“市场经济建立在两个深厚的认知基础上：承认无知和包容不确定性。”亚当o斯密也形容市场是：“看不见的手”！因此，市场一定需要信息去中心化的低成本流动，互联网正是适应了全球统一市场形成的大气候下，横空出世了。
但是，第一代互联网去中心化的解决了信息的低成本高效率传输的问题，她没有解决信息的信用问题。因此，第二代互联网必须突破的是：怎样去中心化的建立全球信用？让价值传递也低成本高效率进行。
那么原来的中心化信用体系有什么问题呢？众所周知：中心化的信用，如各国法币，信用价值不同，清算体系也各不兼容，给全球贸易增加了很大成本。目前以美元为中心的全球信用体系，在机制上存在“特里芬悖论”（实质就是一国法币无法同时兼顾解决本国经济利益和全球经济需要的冲突），因此2009年中国央行行长周小川呼吁超主权存储货币的产生，同年，中本聪在网上公开了第一代区块链源代码————“比特币”。
二、区块链系统是怎样运行的？
首先，中本聪很清楚建立一个支付系统的信用必须解决防止“重复支付”问题，也就是不能造假币。中心化的信用系统是靠国家机器防止造假币。“比特币”怎么办呢？中本聪的伟大创新是给每一笔交易“盖时间戳”（timestamp）。每十分钟一个区块（block：相当于网络账簿），把这十分钟的全网交易都正确的盖上时间戳。问题是谁来盖呢？中本聪并没有假设互联网上都是雷锋，他同意亚当.斯密的观点：市场上的人是贪婪的。他让所谓自称“矿工”的人去竞争这十分钟一个区块的记账权，竞争的规则就是正确记账的同时要去解SHA256难题，谁能证明自己的计算机算力最快（所谓PROOF OF WORK 机制），ta就能竞争到这十分钟区块的合法记账权，并得到二十五个比特币的奖励。这就是所谓俗称的“挖矿”过程，实际是建立一个全网总账——区块链的去中心化信用过程，所以矿工更本质的职能是“记账员”！
中本聪在其比特币白皮书中，比较详尽的叙述了这个信用系统建立的过程：
第一步：每一笔交易为了让全网承认有效，必须广播给每个节点（node：也就是矿工）；
第二步：每个矿工节点要正确无误的给这十分钟的每一笔交易盖上时间戳并记入那个区块（block）；
第三步：每个矿工节点要通过解SHA256难题去竞争这个十分钟区块的合法记账权，并争取得到二十五个比特币的奖励（头四年是每十分钟五十个比特币，每四年递减一半）；
第四步：如果一个矿工节点解开了这十分钟的SHA256难题，ta将向全网公布ta这十分钟区块记录的所有盖时间戳交易，并由全网其他矿工节点核对；
第五步：全网其他矿工节点核对该区块记账的正确性（因为他们同时也在盖时间戳记账，只是没有竞争到合法区块记账权，因此无奖励），没有错误后他们将在该合法区块之后竞争下一个区块，这样就形成了一个合法记账的区块单链，也就是比特币支付系统的总账——区块链。
一般来说，每一笔交易，必须经过六次区块确认，也就是六个十分钟记账，才能最终在区块链上被承认合法交易。以下是比特币的记账格式：
所以所谓“比特币”，就是这样一个账单系统：它包括所有者用私钥进行电子签名并支付给下一个所有者，然后由全网的“矿工”盖时间戳记账，形成区块链。
三、比特币的区块链金融有哪些创新？
类黄金化，尝试建立全球互联网去中心化信用，有可能让价值在全网高速低费率的流转（目前每笔转转费率是万分之一）；
货币总量由密码学协议约定；
比之于黄金，数字货币无限可分；
货币价值可以建立在大量的P2P交易之上；
财务管理的完全透明（每笔交易都能在区块链上查到）。
比特币的区块链全网记账，在全球互联网上最高建立了市值100亿美元的市值。因此，清华五道口金融学院院长吴晓灵点睛指出：区块链实验建立了分布式信用，是互联网TCP/IP的升级版，是从信息传递升级到价值传递；
四、比特币的区块链系统有哪些内在缺陷？
比特币的区块链系统自2009年在互联网上开源运行以来，有成功的地方，但也显示出一些难以克服的内在缺陷：
总量不能随着市场的情况变化，必然暴涨暴跌；
挖矿的高碳，只有不到1%的矿工能够竞争到没十分钟区块的记账权，其他参与竞争的99%以上的矿工算力浪费；
每年10%左右的通货膨胀大大增加了比特币金融生态的成本，甚至威胁到她的生存；
作为去中心化自组织DAC系统，记账和发行功能部分运行成本过高。
作为全球支付系统，效率远远达不到全球贸易的实际要求。比特币网络每秒目前最多确认7笔交易，对比之下， Visa的网络系统每秒最快可处理10,000笔交易，支付宝的记录是2014光棍节每秒钟80,000笔！
五、区块链技术2.0的发展：
作为区块链的2.0升级发展，首先聚焦在解决比特币记账的挖矿高碳上：
在我们讨论怎么克服比特币挖矿记账高碳时，清华经济学研究所的刘涛雄教授指出，挖矿靠算力竞争，最后只有一家竞争到合法记账权，其他99%的矿工节点都白挖了，浪费了资源，显然不太合理，如果全网透明的知道下一家区块的合法记账权，随机的在全网产生，就免除了竞争记账的高碳！我们听后都大赞刘教授主意高明，因为现在比较成功的二代币NXT正是这种机制，他们的白皮书叫“透明锻造”，只是记账权花落谁家的概率是和每个矿工节点钱包的NXT代币持有量成正比，这个叫股权证明机制（PROOF OF STOCK）。当然，这也引发了NXT把代币分发给早期投资开发者不公平的争论！
RIPPLE是一个区块链半去中心化的方案，利用“可信任网关”（trusted gateways）进行区块链记账，其信用是建立在这些网关不会同时作恶的共识记账（consensus ledger）协议上。
最有雄心的尝试是以太坊（Ethereum）,她把区块链的技术和图灵完备结合起来，期望开发出一套未来满足各种区块链系统建设的基础性平台，可以支持各种信用货币、数字资产、智能协议甚至金融衍生品的开发.其系统设计是ETHERUM平台统一区块链记账，为所有开发者共同使用，也许她们的正式版本能在不久地将来发布。
六、区块链的创新在其他领域的可能应用：
现在，区块链在建立去中心化信用的尝试，已经不限于金融界，而被社会各个领域关注，特别是在中国目前一些中心性信用如“红会”，处于“塌陷”态势，区块链更能为社会管理提供一种全新的思路和技术选项，以下是我们了解的一些新进展和相关讨论：
区块链和物联网结合，将数字资产和原子资产统一起来，抹平消费资产和现金资产的区别，扩展大众的信用，加速价值流通；（IBM-三星）
区块链上建立知识产权保护系统，对知识产权的使用全网记账，建立全球广告市场；
区块链是否可以为一带一路的新兴经济体发行协议型密码学货币提供技术支撑；
区块链+云计算可以发展成去中心化的自媒体和社区系统；
区块链可以搭建去中心化的股权众筹体系，让创新项目提前进入流通领域；
区块链可以发展出全透明的财务管理系统；
区块链支持建立全球去中心化公司组织。
总之，在这个信用已经成为紧缺资源的时代，区块链的技术创新，作为一种分布式信用的模式，为全球市场的金融、社会管理、人才评价和去中心化组织建设等，都提供了一个广阔的发展前景。
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我觉得有些设想主观意识太强
1、TCP/IP下一代技术就是区块链
2、要是记录信息的区块出问题咋办
记账权竞争产生，每一个区块的记账人不确定，这个去中心化特征很彻底。如果知道谁是记账人，系统反而没那么稳定了。
区块链的运行原理和发展 | 巴比特
我正在看【区块链的运行原理和发展 | 巴比特】，分享给你，一起看吧！http://t.cn/RymNgCI
区块链的运行原理和发展
比特时代的互联网金融平台时代圈上线了，支持使用狗币，www。shidaix。com/，大家来看看吧。在这个社区里，运营方会将数字货币的一些属性首先发挥出来，比如，使用数字货币进行奖励、打赏、投资项目、理财结息等等，运营方将使用文化较好、盘面深度较足的狗狗币做时代圈流通币。什么是区块链共识？
|来自: 区块链金融科技
共识（Consensus）过程是一个非常有趣的过程。在我们的日常生活中，几乎所有的事情都是达成共识的过程。达成共识越分散的过程，其效率就越低，但满意度越高，因此也越稳定；相反，达成共识越集中的过程，效率越高，也越容易出现独裁和腐败现象。达成共识常用的一种方法就是通过物质上的激励以对某个事件达成共识；但是这种共识存在的问题就是容易被外界其它更大的物质激励所破坏。还有一种就是群体中的个体按照符合自身利益或整个群体利益的方向来对某个事件自发地达成共识；当然形成这种自发式的以维护群体利益为核心的共识过程还是需要时间和环境因素的，但是一旦达成这样的共识趋势，其共识结果也越稳定，越不容易被破坏。在比特币和其它币中，也存在如何达成共识的问题。或者说，比特币或其它区块链币最核心的问题也是如何在去中心化的环境中达成共识。区块链是比特币背后的核心技术，也是支撑比特币的基础架构。因此在谈区块链共识，就必然要谈比特币的共识。比特币最核心的突破是在去中心化的情况下对交易事件达成了共识，即在没有中心组织的情况下对某个交易的有效性达成了一致。比特币实现这个共识的方法主要包括两个部分：激励；即通过每个区块产生一定量的新比特币来激励参与者；引入外部资源确保安全；即通过大量的外部计算来确保共识的安全性，也就是工作量证明（Proof of Power）；这也是几乎所有PoW币种所采用的的方法。而这套方法要能持续长期运行下去的前提就是：这种激励对参与者要有足够的吸引力；也就是说比特币要一直涨价，才能吸引参与者持续参与挖矿计算，以维护整个网络的运行；否则就会导致参与的人减少，破坏网络安全；没有外部攻击；由于比特币引入了外部计算来确保安全，因此只要有足够的挖矿算力（超过维护系统算力的51%）就能对系统成功进行攻击，这也是比特币长期存在的安全隐患之一；因为只要有钱，就能买到设备和算力。正是由于比特币存在的问题，例如消耗大量的资源、外部51%攻击等，出现了PoS（Proof of Stake）共识机理。总体上，PoS共识理论和实践目前仍处在探索阶段。最原始的PoS机理就是用股权代替PoW中的挖矿算力，来模拟比特币的挖矿过程。请注意，这个过程没有引入外部资源，而是仅仅依靠自身的币种股份来维护网络安全，因此其不需要消耗大量能源来进行计算；而且由于其没有引入外部的资源，因此不会担心外部攻击，例如外界的算力攻击。看起来PoS是很完美的，但是它存在一个严重漏洞。PoS存在内部的Nothing-at-Stake攻击。什么是Nothing-at-Stake（常写作N@S）攻击？假设系统中出现了两个分支链，那么对于持有币的”挖矿者“来讲，最佳的操作策略就是同时在两个分支上进行“挖矿”，这样，无论哪个分支胜出，对币种持有者来讲，都会获得本属于他的利益，即不会有利益损失。而且由于不需要算力消耗，因此PoS中在两个分支上挖矿是可行的。这导致的问题是，只要系统存在分叉，“矿工们”都会同时在这几个分支上挖矿；因此在某个情况下，发起攻击的分叉链是极有可能成功的，因为所有人也都在这个分叉链上达成了共识；而且甚至不用持有51%的币量，就可以成功发起分叉攻击；而这在PoW中是不可行的，因为挖矿需要消耗算力，矿工只能在一个分支上进行挖矿。第二个问题是重写历史攻击；即攻击者可以通过购买原始持有币种的账户来从头发起攻击，重新分叉一个区块链。因为原始的币种持有者可以将币转移至其它账户，因此他是可以在没有损失的情况下将原始账户出售给攻击者的。攻击者需要的就是有足够数量币的原始账户；当然了，这也只是概率问题，因为有可能原始账户持有者不会出售他们的账户，但是理论上确实存在这种攻击。第三个问题是，尽管PoS中的挖矿不用消耗算力，运行成本很低，但是也存在如何激励矿工的问题。因为一般的PoS系统是没有新币产生的，矿工只能赚取交易费，而且在交易费不高的情况下，对矿工的激励也是很有限的。当然了，也有很多PoS币种解决这个问题的办法就是持续的再产生新币来激励挖矿者，这导致的问题就是通胀。上述3个问题是PoS要解决的，尤其是N@S的问题尤为重要，因为如果没有其它约束机制，这种攻击是完全有可能实现的。从以上可以看出，无论是PoW还是PoS机理的共识过程，其必要条件有两个：信息公开共享；个体参与；以现实为例，事件的信息越透明、所涉及到的人员参与度越高，最终形成的共识也就越稳定、越持久。这与区块链共识是一致的。以上是个人的对区块链共识的一些学习心得，期望能看到更多这方面的讨论和研究文章，与爱好者一起分享。
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