去中心化一定需要达成共识吗？

原文标题：《Wait, Why Do We Need Consensus Again?》

撰文：Shresth Agrawal、Dionysis Zindros、k4m4，pod.network

编译：Tia，Techub News

地球是宇宙中心的这一错误认知延续了几个世纪。那时的人们认为太阳、恒星和行星都围绕着地球旋转。直到勇敢的思想家们揭示了日心说的真相，才彻底改变了天文学，从而打破了地心说的模型。

和天文学世界一样，区块链世界也存在一个长期误解：共识是建立去中心化支付的必要条件。我们被比特币和以太坊束缚住了。

去中心化货币需要去中心化共识的解决方案。 —以太坊白皮书，2014 年

共识其实是敌人。通过消除共识，我们可以像谷歌搜索一样快速完成交易。

共识难题

Eve 攒比特币买了她的第一辆特斯拉。Bob 和 Charlie 是特斯拉经销店运营者。

Eve 对一条消息签名，以此表示她正在向 Bob 转账。Bob 收到了 Eve 签署的付款，但还不放心把车钥匙交给她。因为 Bob 需要确定 Eve 没有同时向 Charlie 签署付款交易（双花）。

图 1：Eve 尝试双重支付，目的是将相同的代币转移给 Bob 和 Charlie。

通常，区块链共识来解决双重支付问题。共识将交易作为输入，并按照多数节点都同意的某种全局顺序进行输出。

图 2：共识作为一个黑匣子，将无序的「内存池」交易作为输入，并按照大家都同意的顺序输出它们。

回到 Eve。将 Eve 支付给 Bob 的交易叫作 tx1，支付给 Charlie 的交易叫作 tx2。区块链通过共识确保交易顺序，当出现双花时，最先被打包出块的交易才是有效的。

在只有一方参与的网络中，达成共识很简单：该方只需按照收到交易的顺序输出交易即可。但在有两方或多方参与的网络中，网络条件的差异将导致交易以不同的顺序接收。除此之外，恶意方可以故意提出相互矛盾的观点或引入网络延迟。那么，我们如何就全球秩序达成一致呢？

我们可以使用中心化银行来管理所有交易。但由于我们不想依赖任何可信中介，因此我们选择一组称为验证者的参与方，并假设其中三分之二以上是诚实的。

验证者通过多轮沟通达成共识。每隔一段时间，就会随机选择一个领导者，通过将待处理交易放入他们签名的区块来提出全局顺序。其余验证者对领导者的区块进行投票。拥有三分之二验证者签名的区块被视为已公证。恶意领导者可能会选择性地审查交易，甚至无法创建区块，从而迫使流程重新开始。多次重复此迭代过程可让每个人最终达成相同的顺序。达成共识的过程很慢。

相比之下，Web 应用很快，它只需要实现一次往返 —— 客户端发送 HTTP 请求，服务器返回 HTTP 响应。

我们需要完整排序吗？

让我们重新考虑一下：每笔交易都需要成为全球状态的一部分吗？

假设进行了两笔付款交易：Alice 向 Bob 付款，Charlie 向 Dave 付款。由于这两笔付款是独立的，实际上可以按任何顺序执行。即无论以哪种方式执行，结果状态都保持不变。

图 3：Alice 向 Bob 支付的款项与 Charlie 向 Dave 支付的款项无关。无论这些交易的结算顺序如何，结果都保持不变。

共识可以解决双重支付问题——但我们能否避免因此带来的延迟成本？

方法如下。与共识类似，还是需要一组验证者，并假设其中三分之二以上是诚实的。验证者不是就全局顺序达成一致，而是通过签名来保证他们收到的交易有效（基于他们的本地视图）。只要获得超过三分之二的验证者确认的那笔交易则为有效交易。

Eve 向验证者发送两笔双花交易。首先，有一组不诚实的验证者同时签署了这两笔交易。然后，她将诚实的验证者分成两组（假设每组占总验证者数的三分之一），并向不同组发送不同的交易（比如向第一组发送给 Bob 的交易，向第二组发送给 Charlie 的交易）。不过 Eve 还是无法为这两笔交易收集足够的签名来执行双重支付攻击。

将这一分布式网络再具像化，假设这个网络有 N 个验证者，其中不到三分之一是恶意的。

诚实用户：向所有验证者广播新的交易，并在收到三分之二以上验证者的签名后，认为交易已完成，该笔交易获得证书（certificate）。

诚实验证者：维护本地未花费代币列表，并且仅签署代币的第一个有效交易。

如果要完成双花，两笔双花交易都需要获得证书，即需要超过三分之一的验证者是非诚实的。

这种非共识协议不需要验证者之间进行通信，只需要一次网络往返！并且，这一架构在区块链文献中已被充分研究，在文献中，其学术用语为一致性广播。

会有潜在风险吗？当 Eve 试图进行双重支付时，共识将在全球范围内对她的交易进行排序，并且只有两个交易中的第一个会被接受。但在我们描述的协议中，协议无法保证 Eve 的每一笔交易都会最终完成。Eve 的账户甚至可能永远被封锁，因为我们不必向对手方提供任何保证。

那么，我们为什么需要再次达成共识？

我们不存在达成共识一说。

除了支付之外，「bag」或常见子集协议（例如，链上拍卖、投票、限价订单）、仅附加信息流（去中心化社交、公证）以及可以表示为无冲突复制数据类型的协议（社交图谱、声誉系统、游戏）都可以在没有全局排序的情况下运行。目前运行的许多依赖顺序的 DeFi 协议也可以在无需全局排序的情况下运行。

Pod消除了共识，从而实现了像谷歌搜索一样快、像比特币一样安全的去中心化系统。