權威證明(PoA)是一種基於許可的共識機制，通過質押身分來提供快速交易，且憑藉授權的、信譽良好的驗證者網路添加區塊。

權威證明(PoA)是一種共識算法，爲區塊鏈網路（尤其是私有區塊鏈）提供了一種實用且有效的可行替代方案。在區塊鏈中，PoA使用真實身分實現驗證。由於基於少量的區塊驗證器，該機制具有較強的可擴展性。

PoA共識機制重視身分和聲譽，而不是PoS中質押的加密資產或PoW中的能源消耗和巨大的計算能力。PoS和PoW共識機制分別使用質押和挖礦來驗證交易並向區塊鏈添加區塊。在參與者相互信任和了解的網路中，PoA是有效的。

2015年，世界第二大區塊鏈以太坊的聯合創始人Gavin Wood提出了權威證明機制，此後該機制成爲一種突出的共識機制。提出該機制的動機有兩個：一個是越來越有必要替換耗能的工作量證明 (PoW)的需求，另一個是解決權益證明(PoS)的具體問題的需要。因此，本文將探討的內容有什麼是PoA、PoA的工作原理、PoA如何改進工作量證明和權益證明，以及PoA的優勢和劣勢。

使用權威證明的區塊鏈

PoA非常適合成員之間信任度高的網路，如聯盟鏈和私有鏈。具體如下：

• Hyperledger Besu是一個以太坊實現品，提供了Clique和IBFT 2.0這兩個PoA選項。
• 以太坊的三個測試網Kovan、Goerli和Rinkeby也使用了PoA。
• PoA爲側鏈提供了一個絕佳的選擇。側鏈是一種並行運行的區塊鏈，並通過雙向橋與主區塊鏈相關聯。PoA網路就是一個公共以太坊側鏈，基於預先選擇的驗證器，其身分是可驗證且公開的。還有VeChainThor，這可能是使用PoA共識的最知名的一個公共網路。

許可和無需許可區塊鏈之間的區別

無需許可的區塊鏈是去中心化的網路。它向公衆開放，讓任何擁有所需設備的人都可參與其中。這種類型的區塊鏈通常用於加密貨幣，如比特幣、以太坊、萊特幣、雪崩鏈等，因爲它們使用激勵機制，鼓勵用戶操作網路。

相反，許可的區塊鏈是中心化且私有的——所有節點都必須預先驗證，並且授予獲得許可的人訪問網路的權利。Hyperledger、Corda和Ripple都是這種類型的區塊鏈。

雖然是公開的，無需許可的區塊鏈依賴於工作量證明和權益證明等共識機制，但許可的區塊鏈需要使用替代共識算法，如權威證明機制。

PoA共識機制是如何工作的？

PoA使用預先批準的驗證者。這些驗證者冒着真實身分和聲譽被破壞的風險來確保透明度——一個包括隨機選擇此類受信任的驗證者的過程。驗證者即是成員節點，具有驗證交易和將塊添加到區塊鏈的權限，他們遵循下圖中的過程：

來源：VeriDoc Global

驗證者使用該軟件將交易組織成塊。因爲這個過程是自動化的，所以驗證者不需要持續監控他們的設備。也就是說驗證者應始終保持他們的設備（管理站點）處於良好的工作狀態。

在PoA機制中，每個驗證者擁有自己獨特的身分，也可爲每個身分運行冗餘節點，以保證在一個節點出現故障的情況下也能維持共識合作。

PoA共識機制的運行步驟如下：

• 用戶和智能合約發起交易，並不斷提交給網路。
• 獲批驗證器的對等網路不斷收到交易請求，以便在下一個塊中接受。
• 一種算法將一個驗證器節點指定爲主要節點。
• 主驗證器節點將交易組裝成一個塊，確認其有效性並對其進行籤名。
• 網路中其他獲批的驗證者確認主節點塊的有效性。
• 一旦達成共識，區塊鏈中就會添加一個新的區塊。

注意：如果主節點在該輪中未能生成新區塊，則其他誠實節點會將其標記爲“非活動”。一旦生成新塊，非活動節點將被視爲“活動”。此外，若處理惡意或欺詐交易，驗證節點可能會被禁止或從驗證節點列表中刪除，從而會損害運行它的驗證器的聲譽。驗證者必須滿足一套標準才能享有聲譽。

PoA條款和條件

即使設置可能會依據環境而發生變化，要讓PoA算法發揮作用，也必須滿足以下基本要求：

• 身分確認：必須確認驗證者的真實身分。
• 嚴格的合格標準：要成爲驗證者，候選人必須滿足嚴格的合格標準，如良好的道德標準、無犯罪記錄、可信度和對網路的投入等。
• 通用選擇過程：驗證者的選擇過程必須對所有參與者都是相同的。參與者是潛在的驗證者。

PoA與PoW

工作量證明(PoW)是一種密碼證明。在此過程中，系統一個節點（稱爲證明者）必須向其他節點（驗證者）證明他們在解決塊哈希時消耗了特定數量的計算能力。PoW基於由加密貨幣礦工運行的大型計算機網路。加密貨幣礦工負責驗證和跟蹤交易並鑄造新貨幣。

PoW耗能巨大、可擴展性有限，這是這一機制的主要缺點。PoW還需要使用專門的設備和硬件，這限制了一部分參與者。相反，PoA在PoW的這些方面具有優勢。

PoA與PoS

權益證明(PoS)共識算法的工作原理是：驗證者質押其代幣，以便有機會向鏈中添加一個區塊並驗證交易。驗證者是根據質押資產的數量隨機挑選出來的，而不是像礦工在PoW機制中競爭將交易塊添加到區塊鏈那樣進行的。PoS爲參與者提供經濟激勵，而無需強大計算機進行耗能的計算活動，PoS被譽爲PoW的更好替代品。此外，PoS還能使用分片，這提高了區塊鏈網路的可擴展性。

盡管PoS有這麼多優點，但有一個經常被忽視的重大缺點。PoS假設一個人所持的權益越大，他就越有動力促進網路取得成功。但這一假設未能說明這樣一個事實，即雖然相同的權益可能具有同等價值的貨幣，但持有人對其的估值可能不同。如，無論實際質押金額如何，將其全部資產的10%投入網路的用戶可能比將其1%的資產投入網路的用戶更能保證該網路獲得成功。

而這正是PoA做出改進的地方。PoA算法基於參與者質押其身分而不是代幣的概念。這意味着驗證者是知名實體，這些實體冒着名譽會被損害的風險來驗證區塊。對PoS模型的這種改進消除了考慮驗證者之間可能存在的貨幣差異的需要，並確保了所有驗證者都受到同等的驅動，爲其網路的成功而努力。

PoA如何防御加密領域中的常見攻擊

• 51%攻擊：在PoA共識中的51%攻擊需要攻擊者獲得51%的網路節點的控制權。這與PoW共識機制中的51%攻擊不同——攻擊者必須獲得網路51%的算力。在使用PoA機制這樣的許可區塊鏈網路中控制節點遠比獲取算力困難得多。攻擊者必須控制51%的授權實體，尤其是當這些實體沒有直接連接時，這實現起來要困難得多。
• 分布式拒絕服務 (DDoS)攻擊：分布式拒絕服務 (DDoS) 攻擊試圖通過利用多個來源的流量來淹沒在線服務，以達到中斷在線服務的目的。攻擊者用大量交易轟炸目標網路節點，從而幹擾網路、讓其無法訪問。在PoA共識中，網路節點是預先認證的，只有具有能抵御 DDoS攻擊的安全性的節點才能獲得生成塊的權力。

權威證明 (POA) 的優勢

PoA的優勢主要如下：

• 交易處理能力強
• 良好的時間和能源效率
• 高度可擴展
• 具有私有或許可區塊鏈的絕佳選擇
• 不需要高計算能力資源
• 能防止51%攻擊
• 節點之間無需通信即可達成共識
• 更高的吞吐量

權威證明 (POA) 的劣勢

PoA也不是一個完美的算法。就如PoS和PoW一樣，PoA也有其缺點，主要如下：

• PoA機制被認爲是中心化的，因爲其驗證者是預先審批。這種共識算法模型主要是爲了提高中心化系統的效率而開發的。
• 每個人都可以看到驗證器，因而可能會被第三方操縱。
• 更適合私有區塊鏈而不是公共區塊鏈。
• 由於該機制會自動消除非活動或未受委托的驗證者，因此參與者對該過程參與程度會降低。
• 很難成爲許可網路上的驗證者。

PoA共識機制的應用

有越來越多的公司開始意識到區塊鏈技術在擴展時提供了很多優勢。這讓PoA這樣的許可區塊鏈越來越受歡迎，特別是受到將身分定義、隱私、安全和快速交易處理等作爲關鍵要求的領域的歡迎。

PoA共識算法可在廣泛的行業和領域中運用，以實現高吞吐量。例如：

• 治理：PoA運用在去中心化組織中，以促進決策制定和投票操作，從而實現安全和透明的治理。
• 供應鏈管理：PoA可用於跟蹤或監控貨物和供應品在供應鏈中的流動，從讓產品來源、質量和位置的記錄無法被防篡。
• 保險：PoA可用於保險業，以自動化和簡化理賠流程，從而實現更快、更準確的賠付。
• 身分驗證：PoA可用於身分認證和驗證，例如認證政府頒發的數字證書或身分證明文件。

總結

每一種共識機制都各有優缺點，沒有完美無缺的共識機制。就PoA而言，其主要缺點是缺乏去中心化，因而它是中心化解決方案的更好選擇。PoA具有良好的效率和較低的功耗特性，這使其成爲一個不錯的選擇。但從長遠來看，更強大且去中心化的共識機制（如PoW和PoS）可能仍然難以被替代。

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作者：Nwoba Paul