中央财经大学金融学博士吴彤：区块链共识机制的经济学分析

吴彤：中央财经大学金融学博士，中国电子商务银行区块链专业委员会副主任，数字经济商学院院长，数字资产研究院学术技术委员会委员，伏羲智库兼职研究员，区块链和数字经济领域的知名学者，著有《连锁改革：重塑社会结构和经济格局》和《连锁政府经济：区块链与政府系统的整合》一书。

原文发表在2020年的《广义虚拟经济研究》（季刊）上。《广义虚拟经济研究》（季刊）由中航工业主管，中航出版传媒股份有限公司主办，中航出版传媒股份有限公司出版。

广义虚拟经济是中国航空工业集团公司原董事长、中共十八届中央委员、中国航空工业协会主席林左鸣教授提出的一种新的经济理论体系。他说广义虚拟经济是指人们的物质和心理需求（通常是以心理需求为主的经济）和只满足人们心理需求的经济的总和。它是以生命价值论为基础的以人为本的经济。

摘要：

作为包含经济学核心的前沿技术，理解共识机制的经济含义，优化共识机制的经济模设置，对于推动区块链技术的实施，推动实体经济发展具有重要意义。本文阐述了区块链算法共识、决策共识和市场共识三种共识机制的内涵和外延，并对主流算法共识pow、POS、dpos、DAG进行了分析，最后就如何协调区块链的三种共识机制提出了发展建议，以期对区块链的三种共识机制进行协调推动区块链技术创新和产业发展。

1、 简介

中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行了第十八次集体学习。中共中央总书记习近平强调，区块链技术集成应用在新技术创新和产业转中发挥了重要作用。要把区块链作为核心技术创新的重要突破口，加快区块链技术创新和产业创新发展。作为一种涵盖P2P网络、加密算法、共识机制和智能合约的复合技术，经济模、决策机制和激励模发挥着重要作用。[1] 区块链的全球应用，不仅与区块链自身的成熟度、区块链与其他技术（如人工智能、大数据、物联网）的融合程度以及相关基础设施建设密切相关，但也离不开共识机制的建立和发展。理解区块链共识机制的经济意义具有重要的理论和现实意义。

狭义上，区块链共识机制是指算法共识，其目的是通过机器语言和机制设计来解决两个核心问题：一是谁有权写数据；二是分布式账本中其他节点如何同步数据。经典的一致性算法有工作证明（POW）、利害关系证明（POS）、委托栈证明（dpos）、有向无环图（DAG）等。理解算法共识的经济含义，对于促进区块链技术与应用场景的融合，完善区块链监管机制，弥合区块链与现有法律政策体系的差距，具有重要意义。

实际上，算法共识只是区块链共识机制的一部分，它构成了区块链共识机制的主要内容。现实中，基于社区成员集体决策的决策共识和市场参与者的市场交易行为形成的市场共识起着重要作用，它们构成了区块链下治理的主要内容。算法共识、决策共识和市场共识构成了一个完整的区块链共识机制体系，它们相互关联，密不可分。算法一致性是分布式网络中节点的算法规则。决策一致性反映了分布式节点控制实体制定或修改算法规则的过程。市场一致性是算法一致性和决策一致性在市场和价格水平上的反映，对算法一致性和决策一致性也有重要的反应。如何理解区块链共识机制体系的经济含义，对于推动区块链的技术创新和产业发展具有重要作用。阐述了区块链三种共识机制的内涵和外延：算法共识、决策共识和市场共识，并分别对主流共识算法pow、POS、dpos和DAG进行了分析；为了促进区块链的技术创新和产业发展，本文就如何协调区块链的三种共识机制提出了一些建议。

2、 区块链的三种共识机制

目前关于区块链共识机制的讨论一般停留在狭义的层面，即区块链算法共识机制。这反映了区块链的机械观，只关注链上的共识机制，忽略了链下的共识机制。目前，实物、数据、资产链尚处于起步阶段，链下共识机制比链上共识机制更为重要。链下共识包括决策共识和市场共识，也称为“人类共识”[2] 厘清这三种区块链共识机制的内涵和相互关系，具有重要的理论和现实意义。

区块链的算法共识机制

区块链的算法共识是通过机器语言编程的算法来解决“谁有权写数据”和“分布式账本中其他节点如何同步数据”两个核心问题谁有权写入数据“决定了分布式账本中其他节点如何同步数据”根据数据写入主体的不同，区块链可以分为公链、联盟链和私有链。在公链中，任何节点都有写入数据的权利，通过“挖矿”算力的竞争，持有“代币日”的代币日进行治理，我们不仅要考虑网络中的故障节点，还要考虑恶意节点。公链中常见的共识机制包括pow、POS、DPO、DAG等。公链，也称为“非授权链”，没有超出规则的规则。它是一个监管最少、市场化程度最高的区块链经济体系。

与“非许可链”概念相对应，许可链包括联盟链和私有链。在联盟链中，只有特定节点有权写入数据。任何新添加的节点都需要进行验证和审核，同时需要考虑故障节点和恶意节点。然而，与恶意节点相比，故障节点成为一个关键的考虑因素。联盟链中常见的共识机制包括实用的拜占庭容错机制等。在Facebook发布的全球稳定币项目白皮书中，Libra采用了pbft共识。[4-5]联盟连锁经济体系属于规范的市场经济体系，其市场化程度与簿记节点数量成反比。联盟链能够在一定程度上满足现场需求，同时实现监管和风险可控，因此成为中国政府大力倡导的落地框架。[6]

私有链本质上是一个中心化的封闭系统。只有节点有权写入数据。它不需要考虑新节点的添加和退出，也不存在恶意节点。当单个核算节点出现故障时，整个经济系统处于崩溃状态。因此，私有链不需要算法协商机制。

最重要的是如何确保所有利益相关者与公众享有同样的权益。当单笔交易发生时，如果交易不能被市场机制捕获并作为一个因素纳入，那么交易就不起到市场价格形成的作用。同样，在区块链经济系统中，整个经济行为的市场化过程如下：首先，从所有利益相关者的社区集合{m}中选择会计节点集{a}，由F（{m}）→{a}和记账节点集表示；{a} 拥有经济系统的记账权。其次，将记账节点集{a}按区块容量、交易等待时间、交易成本等因素排序，将整个经济系统当前时段内的交易打包成一个区块，并将生成的新区块广播给所有验证节点集{D}；或其代理节点D。第三，在所有验证节点集{D}或其代理节点D接收到广播新块后，验证事务的正确性。如果新区块中的交易得到大多数验证节点的批准，则会更新到区块链。第四，会计节点集{a}向最长的主链添加新的块，主链记录从genesis块到最新块的完整交易信息。如果主链发生分叉，则需要根据其算法一致性选择一个分支作为主链。

一般来说，算法一致性机制是指将集体决策的方式和结果以代码的形式“通告”给每个成员。区块链的算法共识机制相当于在经济系统中起基础性作用的资源配置机制。然而，具体的资源配置机制也会随着人类的群体意识和人类掌握和使用技术的能力而变化。目前，包括区块链在内的数字技术正在深刻地改变着传统的经济体制。同时，政府的宏观经济政策也将对资源配置产生深远影响。宏观经济政策反映了政府的经济观念和对经济形势的主观看法。社区的发展机制也可以从社区共识中得到提升，POS的长远规划可以分为四个阶段：前沿、家园、大都市和宁静。区块链算法的一致性直接受到决策一致性的影响，但当决策共识不能达成共识时，就会出现分歧，导致区块链系统具有自己的算法共识。分歧也成为当前区块链经济系统最大的系统性风险源。

第二，区块链的决策共识机制

决策共识是指在区块链开发过程中，社区成员做出每个决策者认为对集团最有利的决策。与算法共识解不同，在没有中心化控制的分布式网络中，如何保证账簿的一致性，决策一致性解决的是非中心群中如何对最优决策（或群体主观考虑的最优决策）达成一致的问题，这基本上是相关人士的共识。决策共识的形成反映了区块链经济系统的利益相关者（矿工、代币持有人、生态消费者等）在一定的程序规则和治理结构下，将其不同意见汇聚为一个单一意见的过程；如果无法聚合一致意见，这意味着决策共识尚未达成，很可能出现分歧。

与不需要篡改交易正确性和分布一致性全息图的算法一致性相比，决策一致性本质上体现了人们基于客观信息的自觉共识。它不仅要求一致性和一致性，而且要求所有参与者相信他们的决策是最优的。决策共识反映了利益相关者对算法共识作为区块链经济系统微观运行机制的修改和改进的共识。新的决策一致性将直接改变算法的一致性。

从区块链系统诞生到区块链系统的发展，已经有10多年的历史了。Satoshi Nakamoto在2010年7月将比特币区块链的最大区块容量设置为100万，并且比特币区块链每10分钟大约有1个区块。这不仅更好地保护了中小矿工的利益，也限制了比特币经济系统的数据处理能力。随着链上交易量的增加，交易延迟越来越频繁，交易成本也越来越高，这使得比特币很难发挥货币作为流通媒介的作用，也无法成为事实意义上的货币。[7] 针对这一问题，比特币社区的利益相关者从2015年1月开始，通过公开展示、辩论、召开会议、互相攻击、连锁投票等方式，提出了比特币不同的扩张计划。这一过程经历了一个漫长而复杂的决策共识形成过程，其中包括两个影响深远的硬分叉：一个是2017年7月比特币硬分岔发生在当月，导致目前比特币和比特币现金（BCH）；另一个硬分叉发生在2018年11月的11月，产生了比特币ABC和比特币SV。

两个主流比特币扩容方案反映了比特币区块链经济体制改革的两条路径：第一条是激进的市场规则改革方案，即直接扩张，将最大区块容量提高到200万，然后每两年翻番。这种方式直接增加了市场容量，提高了数据处理能力，但较高的带宽和存储空间增加了计费节点的门槛，导致节点中心化度增强，损害了广大中小矿工的利益。二是对市场规则进行温和改革——“赛格威特+闪电”模式，即实行隔离见证，将交易与交易签名分离，将交易签名置于区块外，通过设置多重签名钱包实现间接扩张，建设双向支付渠道，向闪电网延伸。这种方法不会直接增加市场容量，但由于签名放置在区块之外，100万的区块大小可以容纳更多的市场交易数据，分离区块链的清算和结算功能，并将主链降级为一个简单的结算网络。

截至2019年7月，比特币通过分叉累积了105个分叉，这在以太坊和莱特币等区块链项目中也偶尔出现。以比特币区块链为代表的区块链决策共识的复杂性和曲折性，反映了人的共识比机器的共识更难形成，也反映了区块链作为一种包括经济模在内的复合技术的区别，治理机制与激励模式与传统技术。算法一致性的演化和发展对决策一致性具有动态影响，决策一致性的实现直接影响新算法一致性的生成。

区块链的市场共识机制

由于公链没有准入门槛，本质上需要通过代币实现治理。区块链的市场共识是指代币参与交易时形成的市场均衡价格。区块链市场共识的形成不仅包括代币与法定货币之间的交易（法定货币交易），也包括不同代币之间的交易（货币交易）。算法共识和决策共识作为基础性、技术性和新闻性影响市场共识的形成：当区块链算法共识的安全性难以保证时，系统代币价格必然下跌；当决策共识难以收敛时，它还会去中心化系统中的资源，动摇每个节点的信心，进而对市场共识产生负面影响。相反，市场共识对算法一致性和决策一致性也有重要的反应。均衡的市场价格和良性的市场共识形成机制对算法一致性和决策一致性有积极的影响。

此外，在当前以主权信用为基础的现代经济体系中，区块链市场共识形成过程中的最终流动性来自法定货币。市场共识的形成不仅与其内在原因（算法共识、决策共识等）有关，而且与全球宏观经济金融环境密切相关。市场共识机制是多种因素共同作用的结果。

准确理解区块链三大共识机制的含义和关系，对于推动区块链的实施具有重要意义。从经济学的角度来看，均衡市场共识的形成是任何经济系统所追求的目标，因此也是区块链系统的目标因变量。算法一致性和决策一致性对市场一致性起着重要作用，市场一致性也会对算法一致性和决策一致性产生影响。适合区块链系统开发的算法共识有利于决策共识的实现和巩固，决策共识会对算法共识进行修正。

从因果关系的角度来看，算法一致性机制是由创始人们首先提出的。随着区块链项目的发展，社区会逐渐壮大，生态也会逐步改善。社区将产生不同的利益群体，需要通过决策共识机制实现项目的进一步发展。同时，随着区块链项目价值的增加，承载区块链项目价值的代币也将增加；随着定价的日益市场化，需要市场共识机制发挥作用。决策共识机制和市场共识机制可以统一到现有的经济管理框架（社会治理、激励相容性、资产定价等）中，理解机器语言表达的算法共识的经济意义具有深远的现实意义。

图1区块链中三种共识之间的关系

3、 不同算法一致性的经济意义

目前困扰区块链行业的一个障碍是机器语言和经济语言之间的差距。同时，由于经济学家不能理解代码和技术图表，经济学家很难修改和完善区块链经济体系，这阻碍了兼具技术和经济属性的区块链的发展。从经济学的角度来解释区块链的算法共识具有深远的理论和现实意义。

（1） POW及其经济意义

区块链系统pow的成熟标志是2009年比特币主网的推出。作为区块链最经典的共识机制，其核心思想是通过去中心化节点的算力竞争来保证系统交易数据的一致性。驱动算力竞争的经济激励是获得下一个区块的记账权和系统自动生成的代币奖励。就比特币区块链而言，工作是指解决复杂但易于验证的sha256数学问题，该问题的解决在算法上是标准化的。[8] 生产方式的标准化促进了配送方式的标准化。

pow的思想由来已久，即通过增加经济成本来提高诚实参与者的比例，从而筛选出诚实节点。1993年，POW的思想被用于解决垃圾邮件问题，要求发送者计算出一个数学问题来证明发送者的诚实，并增加恶意电子邮件发送者的成本。〔9〕1999，正式提出了POW的概念，为PAW在块链系统中的应用奠定了坚实的基础。[10] 权力的运行模式和分配制度生动地再现了马克思在数字经济范式下的劳动价值论和按劳分配制度：商品价值是由未分化的一般人力劳动浓缩而成的；在数字经济时代，一般人的无差别劳动在很大程度上不是由人的直接劳动完成的，而是以算力为基础的。与生产模式相对应，分配给代币的数量与市场参与者贡献的算力成比例。然而，“区块链”和“信用体系”的政策与2008年的金融体系直接相悖。此外，POW还需要部署挖矿机、开发芯片、建设工业园区，这将带动整个产业链的经济发展，帮助区块链实现从虚拟到实体的转变，更容易被传统经济和金融行业所接受。2019年11月，比特币矿机Maker建安科技在纳斯达克上市，成为“全球区块链第一股”

同时，POW也引起了广泛的争议，包括强大的算力所带来的巨大的功耗。根据Arind Narayanan在2018年5月提交给美国参议院能源和自然资源委员会的报告，比特币的挖矿每天消耗约5GW电力，接近全球电力消耗的1%。随着比特币下一个半周期的临近，算力迅速增加，功耗也随之加大。另一方面，pow的支持者认为，标准化电力是全球通用的通用产品，算力和电力浓缩了无差别的人力劳动。这是POW区块链产生的代币不同于“航空货币”的重要原因，其算力的持续增长也反映了社会对比特币共识的增强。但毫无疑问，pow区块链项目在解决人类能源问题上取得突破之前，无法大规模采用pow。近年来，一些区块链项目，包括以太坊，已经开始了从POW到其他共识机制的转变路线。

采用POW的另一个问题是区块链系统难以实现商业应用。比特币的封锁时间约为10分钟，在发生大量交易时无法及时确认。尽管之后诞生的基于POW的区块链已经做了一些改进，比如将莱特币的区块时间缩短到2.5分钟，但仍然难以满足商业需求，这也给POW的推广带来了很大的困难。虽然POW存在能耗大、阻塞时间长的问题，但其概念在一定程度上得到了认可。许多新的区块链项目在原有POW的基础上对共识算法进行了改进，主要改进方向是降低能耗，提高区块输出速度。实现这一改善的基本经济途径有三条：一是直接增加市场容量，同等比例地提高市场交易和数据处理速度。这种路径只能提高分块速度，对能耗没有直接影响。第二种是基于POW生成区块链经济系统的“关键少数”“重点少数”会在一定时间内随机更新，而“重点少数”则完成记账等剩余经济活动，这部分经济活动的数据可能不在主链上。这种经济途径不仅提高了块体生产速度，而且降低了能耗。三是对所有市场经济活动进行切分和存储。这种经济路径不仅提高了块输出的速度，而且降低了能耗，而且破坏了存储在每个块中的事务数据的完整性。

2016年3月，基于POW的新共识算法比特币ng将时间划分为不同的时段，其中领先节点负责区块生成和交易打包。比特币ng包含两种不同类的块：密钥块基于POW生成，密钥块选择leader节点，并且允许leader节点以低于预设阈值的速度生成微块。[11] 比特币ng的经济解决方案类似于“孤立见证+闪电网络”，即不改变区块的市场容量，而是通过在一定时间选择领先节点放弃去中心化，提高区块生成效率，从而间接增加市场容量。

作为第一个拜占庭式容错安全碎片协议，elastico于2016年10月提出，旨在通过对整个块网络进行切片来增强系统的可扩展性。其思想是将区块链网络隔离成多个分区，这样可以并行处理不一致的经济交易集。[12] 碎片化改变了区块链系统的区块输出和存储结构。虽然它提高了块输出的速度并降低了能耗，但它破坏了存储在每个块中的事务数据的完整性。

2017年，在elastico共识的基础上，Omni ledger由Zcoinx共识提出，该共识使用带有反预测功能的公共随机协议来选择具有统计代表性的大块数据来处理经济交易，并引入跨切片提交协议来处理原子级事务。[13] Byzcoinx共识结合了elastico共识和选举共识的优势，通过并行跨片段数据处理优化区块链系统的性能。Byzcoinx共识是一种无需长期去中心化即可提供可扩展性的体系结构。沿着将选举共识纳入POW共识机制的发展道路，如损失时间证明机制（proof lost time，POE）、运气证明（POL）、空间证明（POSP）和（有用工作证明，pouw）；不消耗算力的挖矿算法相继诞生。在这个阶段，去中心化、高效率和安全性不可能同时实现，因此基于POW共识机制的区块链项目必须有选择。虽然目前的POW共识由于效率低、能耗高而难以根除，但它仍然是最古老、最具影响力的共识机制，广为接受的工作量仍然为区块链项目的价值提供了坚实的支撑。

（2） POS及其经济意义

2011年，名为quantum mechanical的区块链爱好者在比特币论坛上首次提出POS算法共识。2012年8月诞生的点币，是首个基于POS共识机制的区块链项目。经济系统中权益最高的节点获得记账权，权益以该节点对代币系统的所有权为代表，称为“代币日”，类似于传统金融中的股权治理机制，但包含时间因素。在最经典的POS机制中，“币龄”等于代币的数量代币日=代币*时间权重。在POS的改进版本中，“货币时代”一词在原有经济含义的基础上，根据不同项目进行了不同程度的修改。截至2019年6月，全球超过400个区块链项目采用POS共识机制，总市值已超过1400亿美元。考虑到以太坊等项目正在从POW向POS转，以太坊拥有最丰富的经济生态，POS共识可能成为未来最主流的共识机制。

POS共识机制的初衷是克服POW共识机制的不足。事实上，也在一定程度上缓解了闭塞速度慢、能源浪费等问题。同时，进入门槛低于POW，对中小节点更为友好。中小节点无需部署挖矿机和车间即可参与核算。但也存在一些缺陷：首先，初始代币分配方法存在问题。与通过算力竞争会计权的pow不同，POS的初始分配方案很难制度化。一般来说，在POS项目开发的早期阶段，代币的广泛社会化分配很难进行，只能中心化在少数项目创始人和重要利益相关者手中。其次，与POW验证节点邪恶成本的约束机制不同，当代币价格较低时，POS验证节点邪恶的成本非常低。作恶成本低的问题是，邪恶节点会频繁地进行封签，或者在多条链的分叉处签名，攻击区块链系统，以获得更多的回报，这就是所谓的“一无所获”第三，在POS共识中，我们需要足够的节点持有代币，以保持系统的健壮性和安全性，这样区块链经济系统才能有良性的发展空间。这将导致以下两个问题：第一，POS项目的早期参与者很少。如果代币头寸高度中心化，很可能是少数会计节点垄断区块，这将大大增加区块链的系统性风险。其次，即使代币头寸分布合理，也并非所有节点都是记账节点。受位置、成本和专业程度的限制，代币持有人往往选择将代币委托给节点运营商（包括数字货币钱包提供商、数字货币交易平台、第三方服务提供商等）进行管理，节点运营商行使区块发行和投票权持有人享有分红权，这也被称为“叠加经济”2019年3月，CoinBase托管基于POS共识为tezos区块链项目的客户提供代币托管服务。扣除相关费用后，投资者的年回报率约为6.6%。

POS共识机制的改进主要针对其三个缺陷，但三个缺陷的改进难度不同。初始代币分配方式是POS共识的内生问题，一般先采用POW共识机制，待生态发展良好后再转入POS共识机制来解决。对于代币头寸的分配，我们需要依靠经济激励和营销渠道来解决这个问题。现实中，很多不法集团利用传销来解决这个问题，实际上给区块链行业带来了巨大的负面影响。如何从经济模上设计一个完善的初始代币分配机制，进而形成合理的代币仓位分配，是进一步提高POS共识的关键。

对于“无息攻击”，主要是在算法上对POS进行修正，形成新的共识算法，如tendermint、Casper、Ouroboros、tezos、Honeybacker等。最初的POS算法一致性假设系统节点长期静态稳定，这在实际区块链系统中并不存在。2014年诞生的tendermint共识将动态验证器集和循环领导节点选举纳入POS共识，为了解决“无私攻击”问题，要求tendermint节点支付押金和；如有任何不良行为，保证金将被没收。同时，基于pbft共识算法的tendermint能够抵抗区块链系统中三分之一的恶意节点攻击，具有良好的鲁棒性。[14] 诞生于2016年的honeybadger算法是一种原子广播协议，它可以在没有任何网络时间假设的情况下实现经济系统的活动，同时实现渐近效率。每秒事务数（TPS）可以达到10000个数量级。[15] 2017年8月诞生的大毒蛇提出了一种新的激励机制驱动的POS共识机制，使诚实节点接近纳什均衡；，能够有效抵御矿工的区块拦截、私采等战略行为引发的安全攻击。[16]

（3） dpos及其经济意义

Dpos共识机制本质上属于POS共识的范畴，它是为了克服POS在区块容量和区块产出速度上的局限性而产生的，但由于其在经济模式上的创新及其在现实中的影响，它被普遍认为是一种新的共识机制。2013年8月，去中心化数字资产交易所bitshares于2013年8月首次成立。“民进党共识”的基本理念与中国实行民主中心化制原则的人民代表大会制度相似。区块链系统中的每个代币持有人都有权选择区块节点，也有权被选为区块节点。在位库存中，块外节点的数量为101个，名称为101的节点将成为块外节点，然后所有愿意成为块外节点的节点将按照既定的时间表依次打包、结算和冻结交易。[17] 块外节点的义务包括提供带宽和算力、参与出站进程以及维护系统安全。但是，如果代币持有人认为出站节点未履行义务，其记账权将被取消，票数最多的候选节点将得到赔偿。每个出块节点遵循相同的概率随机获得一个分块记账机会。选中时，它具有2个第二权限来生成区块并完成记账。如果分块节点不能按时解除分块，则分块权限将移交给下一个时间区间对应的分块节点。根据最长链原理，传出块节点选择在最高高度的块之后添加自己的块。由于减少了块外节点的数量和阻塞时间，dpos共识机制可以实现isa和万事达卡级别的数据吞吐量能力。

bitshares采用的原始DPO共识在每个时间区间内由一个簿记节点完成。虽然记账节点是随机选取的，但仍有作恶的可能。2018年6月主线的EOS在原始dpos；dpos bft共识的基础上集成了拜占庭容错算法。在会计节点投票的基础上，采用BFT类算法在会计节点之间形成共识。EOS共有21个出块节点，BFT类共识可以容错到1/3的记账节点，也就是说，任何区块都可以在15个或更多的会计节点确认后最终确认。[18]

DPO共识机制可以解决能量消耗和POW共识的联合挖矿对区块链系统去中心化构成威胁的问题；它还可以弥补一些有会计利益的节点只关注收益率而不想参与记账的缺陷，对于系统的重要经济目标，如高效、去中心化和灵活性，采用了折衷的内部解决方案。但是，由于记帐节点的数量和开放性有限，dpos共识机制很容易让攻击者发起攻击。此外，区块链原教旨主义者认为，DPO共识机制破坏了比特币区块链的去中心化特征，是对中心化经济体系的妥协。

（4） 有向无环图及其经济意义

有向无环图是指任何边都有方向且无环的图结构。Dag共识机制改变了区块链系统的市场结构。DAG中的交易单元包含交易、签名和父单位的信息。事务单元通过散列相互关联。经济体系中没有区块的概念，自然也就没有区块和包装等流程。DAG通过用户之间的相互确认缩短交易确认时间。在DAG共识机制中，所有事务都是并发的，没有事务吞吐量的瓶颈，节点越多，事务确认速度越快。Dag结构和链式结构本质上都是分布式结构，它们的本质区别在于账簿的异步性和同步性：Dag作为一种典的谣言传播算法，通过在节点间发送账簿数据和处理记账行为来提高数据吞吐量链结构是一种实现周期性同步检查点的数据库同步机制。[19]

Dag共识机制通过以下步骤防止双重支付：首先，当一个节点试图使用两个相同的输出单元时，当其中一个单元包含另一个单元并具有序列时，它直接拒绝后一个单元。第二，如果两个相同的产出单元没有序列，则前一个单元将被确认，后一个单元将在整个DAG经济系统中失效。第三，给出了全序的定义。当在同一地址发布多个单元时，每个后续单元都必须包含所有以前的单元。第四，如果一个节点恶意发布两个具有相同顺序的单元，无论这两个单元的输出中是否存在相同的字符，都将按照整个网络的总顺序进行处理，后续单元无效。第五，如果用户在根据协议对同一输出进行两次排序后试图生成单元，则后一代单元按其自身的顺序无效。

图2 DAG共识机制的数据结构

DAG在创新数据结构和记账方法的同时，也存在一些问题：一是不能保证交易状态的原子性和账簿的统一性。从时间维度来看，可能有一个节点在确认某个交易时，其交易确认时间无法估计；从节点维度来看，可能存在某个节点未广播到某个时间的交易信息，导致该交易无法更新。其次，在并行处理模式下，随着交易量的增加，DAG的数据结构将变得越来越复杂，对安全性的要求也会越来越高。

表1区块链算法共识汇总

综上所述，不同算法共识的经济学意义在于解决“谁有权记账”和“如何在分布式系统中实现账簿同步”这两个核心问题。在POW共识机制提出解决问题的方案后，POS、DPO和DAG等新的共识机制试图解决问题；改善区块链经济体系的缺陷，或在区块链经济体系的不同政策目标之间进行选择。同时，不同算法的一致性趋于融合，尤其是POW与POS共识机制的有机结合最为突出。POW解决了POS的初始代币分配问题，POS在一定程度上降低了POW的阻塞速度和能量浪费问题。另外，如果POS是基于POW引入的，那么区块链系统的安全性是基于诚实节点拥有超过一半权益的事实，也就是说，只有当权力和利益超过51%时，才能发起51%的攻击；同时掌握。

4、 如何协调区块链的三种共识机制

作为一项包含经济学核心的技术，理解共识机制的经济含义，优化共识机制的经济模设置，对于推动区块链技术的实施，推动实体经济的发展具有重要意义。狭义上，区块链共识机制是指算法共识，它是区块链的必要元素，也是区块链项目的基础之一。但同时，“人的共识”——决策共识和市场共识，也在区块链的发展中发挥着不可替代的作用。决策一致性在算法一致性更新中起着重要作用。决策一致性的收敛性决定了算法一致性的稳定性。市场共识通过“用脚投票”的方式代表区块链系统中利益相关者对项目的认可程度。目前，区块链共识机制定义狭窄的现状将三种不同类的共识机制分离开来，阻碍了区块链的进一步发展。

第一，区块链三大共识机制的分离，实质上体现了链上与链下治理的分离。任何火币交易所区块链系统都在与外界交换信息和价值。即使是公链也会受到链外中心化设施的影响。因此，完全的去中心化并不存在。自2009年区块链正式诞生以来，由于缺乏决策一致性治理机制而导致的各种分歧，以及由于缺乏共识治理机制而导致的代币价格暴跌，深刻影响了区块链的演进和演进。此外，区块链周围的法律和政策等链外治理设施也对链上的算法共识产生重要影响。因此，推动区块链三类共识机制协调发展，对于贯彻落实习近平总书记的重要讲话具有积极意义。一是要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加强基础研究，努力克服一致性、可用性、分区容错等技术瓶颈，不断提高现有算法共识，因势利导，打造适合应用场景的新算法共识机制，加大人员和资金投入，进一步打通创新链，用链和价值链应对，加快区块链技术和产业的创新发展，努力推动区块链与人工智能、物联网、大数据等前沿技术的深度融合。

第二，是为建立区块链决策共识机制提供良好的基础设施和良好的法律政策环境，努力提高区块链的社会接受度和认知水平。探索区块链项目利益相关者与区块链项目利益相关者的激励相容机制，提升我国在决策共识形成过程中的国际话语权和规则制定力，对有价值、有意义的区块链分岔持开放态度，维护和维护巩固我国在主流公链矿业中的领先地位。

第三，虽然联盟链是我国实施区块链的主要方式，但我们仍应正视公链在技术创新和微观治理中的重要作用，通过市场共识建立算法共识和决策共识的平衡机制。加强对公链和联盟链混合链的研究和实践，在充分利用联盟链强大的许可性和监管性的基础上，将公开的数据放到公链上，接受公众的监督，贯彻党的十九届四中全会关于以数据作为生产要素和分配要素的决定。