候选区块

矿工创建的临时区块，可添加到区块链中接受区块奖励。从科技层面来看，区块链涉及数学、密码学、互联网和计算机编程等很多科学技术问题。从应用视角来看，简单来说，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的“诚实”与“透明”，为区块链创造信任奠定基础。而区块链丰富的应用场景，基本上都基于区块链能够解决信息不对称问题，实现多个主体之间的协作信任与一致行动。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

共识机制是区块链的灵魂。就像一个国家的法律，维系着区块链世界的正常运作。区块链最早的共识是工作量证明（POW），比特币和以太坊都是采用的工作量证明。现在流行的一个趋势是权益证明（POS）。以太坊2.0就会采用 POS 共识，还有最新的公链如 Tezos，Polkadot，Algorand 等等。权益证明还包括委托权益证明（DPOS），代表公链有EOS。大多其他公链采用的共识都是从 POW 或者 POS 中衍生出来。

区块链共识的目的是决定出块权。工作量证明的基本思想就是用算力来决定出块权。如果你能第一个解出 POW 的计算难题，你就可以出块。在每一个时间点，大家都在算题，然后在差不多的时间里，大家把题算出来，再把计算结果发布出去。这其实就是一个投票的过程。发布的块就是投的票。最后被选中的票，就是来自于那个最快算出结果的矿机。至于没有发布块的节点，相当于弃权了。工作量证明的一个最大优点，就是所投的票和投票权是绑定的。而且一旦投票成功以后，即使是投票者本人也修改不了投票的内容。因为一般在出块前，节点就已经打包好一个块，然后才对这个块做工作量证明，做完后马上投出去。这个时候打包的块已经没有办法修改了。

矿机跑一天可以投出很多票，但是不可以把所有的算力集中到一个块上；另一方面，如果想要回滚掉自己出的块，也必须付出和回滚别人的块时所需的同等的算力。这是不可能的，所以 POW 共识是非常安全的。

基于POW机制去做共识算法的最主要缺点就是延迟比较高，因为我们把交易打包到区块以后，还要完成一个工作量证明，这个区块才能称为候选区块。工作量证明的时间还不能设得特别短，否则容易分叉。于是，至少从打包好区块到做完区块的工作量证明这一段时间内，交易是能被确认的。

权益证明基本的思想是：把持有的币做质押，来获取记账权和投票权。投票权和持币的数量是成正比的，一币一票。钱越多，投票的权力就越大。

跟 POW 不知道有多少矿机参与挖矿不同，POS 协议必须知道所有共识参与者的数量和它们的持币量，然后去分配打包权和投票权。另外在 POW 里面，打包权和投票权是一起的，但是在 POS 里，这两者是可以分开的。分配完打包权以后，拿到打包权的人就有资格出一个候选区块。这个区块里面包含要处理的交易，并且有他自己的签名。候选区块并不意味着就会被马上加入共识，在广播候选区块以后还需要由那些有投票权的人去投票。如果能得到多数票的支持，候选区块就会最终被加入共识，变成一个有效的区块。当然投票的过程我们可以用很多方式执行，比较常见的就是用少数服从多数的共识算法。因为现在我们知道一共有多少人有资格投票、一共有多少票，所以用这个共识算法我们很容易算出来多数，比如超过1/2或者2/3。

在去中心化机制中，我们需要选举谁负责打包，谁负责投票。有时候为了效率，大家会先选出一个比较小的委员会，然后由他们负责投票。这样的委员会通常是随机选取的，而且为了公平性还要经常轮换。或者还可以用代理权益证明的 DPOS 机制，选取相对固定的委员会负责打包和投票。这样虽然损失一些去中心化程度，但是可以大大提高效率。

在 POS 系统中，如果检测到有参与者违反了 POS 共识的协议，比如一票多投，或者放弃投票，就可以对他们做出一些惩罚。凡是对系统的安全性造成影响的行为都应该收到惩罚。