一種聯(lián)盟區(qū)塊鏈共識機制

全立新

（湖南財政經濟學院信息技術與管理學院，湖南長沙 410205）

自2008 年比特幣[1]誕生以來，區(qū)塊鏈正在形成席卷互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)經濟界的一股浪潮. 目前區(qū)塊鏈在重塑金融基礎設施、金融服務、產品溯源、政務民生、電子存證、數(shù)字身份、供應鏈協(xié)同、物聯(lián)網(wǎng)、教育等多個領域都有應用的開展和探索[2-3]. 從區(qū)塊鏈的類型來看，可分公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈三種類型[4]，不同的類型應用場景和采用的共識機制也會不同. 以比特幣、以太坊等成熟的公有鏈為例，這些系統(tǒng)的交易速率低、能耗高是它們的痛點，且這些系統(tǒng)需要使用加密貨幣，不好監(jiān)管，不符合我國國情[5].而物流、物聯(lián)網(wǎng)等這類交易頻繁、要求交易手續(xù)低、系統(tǒng)運行要求低能耗的應用，目前還沒有較好的公有鏈解決方案或者是遇到項目實踐落地困難的瓶頸. 聯(lián)盟鏈由聯(lián)盟企業(yè)和注冊會員組成，訪問權限也僅限于聯(lián)盟企業(yè)和注冊的會員. 聯(lián)盟鏈從理論層面上希望解決公有鏈的痛點問題，但是目前還沒有行業(yè)標準和比較成熟的應用. 本文致力于實現(xiàn)高頻交易、低廉手續(xù)費、低能耗的聯(lián)盟鏈共識機制研究，以期為聯(lián)盟鏈的創(chuàng)新發(fā)展提供借鑒.

1 相關工作

1.1 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈技術是指通過去中心化的方式集體維護一個不可篡改的數(shù)據(jù)庫的技術方案. 該技術方案主要讓區(qū)塊通過密碼學方法相關聯(lián)起來，每個區(qū)塊包含了一定時間內的系統(tǒng)交易，并且生成數(shù)字簽名以驗證信息的有效性并鏈接到前一個區(qū)塊形成一條主鏈.

區(qū)塊鏈技術的核心是所有當前參與的節(jié)點共同維護交易及數(shù)據(jù)庫，即共識機制. 共識機制使交易基于密碼學原理而不是基于信任，使得任何達成一致的雙方能夠直接進行交易，不需第三方的參與.

從技術上來講，交易是一種數(shù)據(jù)結構，反映一筆交易的價值流向. 區(qū)塊是某段時間被認證的交易的集合，通過梅克爾樹根對區(qū)塊內交易進行加密，通過對上一個區(qū)塊頭簽名形成關聯(lián)，使系統(tǒng)中已經達成交易的區(qū)塊連接在一起形成一條主鏈，所有參與計算的節(jié)點都記錄了主鏈或主鏈的一部分.

1.2 聯(lián)盟鏈的共識協(xié)議研究

共識協(xié)議作為區(qū)塊鏈的核心技術，近年來得到學術界和產業(yè)界的廣泛重視[6]，已成為國內外區(qū)塊鏈的研究熱點之一[2，3，6，7].夏清等[6]提出將共識機制分為出塊節(jié)點的選舉和區(qū)塊鏈共識兩個階段，并針對每個階段對目前流行的協(xié)議進行分析比較、總結共識機制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，給出了未來的重要研究方向；劉懿中等[8]學者從系統(tǒng)模型、共識機制本質、激勵設置和安全攻擊等視度對現(xiàn)有共識機制進行分析，對于經典分布式共識的一致性算法給出具體流程和優(yōu)缺點分析，對于區(qū)塊鏈共識，根據(jù)應用場景的不同將共識機制其分為授權和非授權兩類共識機制，指出共識機制在安全、擴容、啟動、激勵等層面的研究熱點和發(fā)展方向；冷基棟等[9]檢索WoS、中國知網(wǎng)等數(shù)字資源，梳理區(qū)塊鏈共識機制及其分類方法，總結拜占庭問題、布魯爾定理、拜占庭系統(tǒng)和拜占庭容錯機制的內在聯(lián)系，指出聯(lián)盟鏈共識機制的容錯能力、通信時延、轉換效率等維度的改進共識機制是聯(lián)盟鏈共識機制未來的研究方向.

在聯(lián)盟區(qū)塊鏈應用領域方面，文獻[10]首次將經典拜占庭容錯協(xié)議應用到純異步聯(lián)盟鏈中. 所有節(jié)點收到交易密文集合后，通過對一組位向量達成共識，當交易大小為250字節(jié)、節(jié)點數(shù)量為104個時，可以達到1 500 TPS 和時延小于6 min 的性能效果；文獻[11]在聯(lián)盟鏈系統(tǒng)中采用輪詢機制加經典拜占庭容錯算法對新區(qū)塊達成共識，在網(wǎng)絡弱同步且誠實節(jié)點至少達到2/3 票數(shù)的情況下可以滿足安全性和活性. 本文將結合要求交易頻率高、交易手續(xù)費低的行業(yè)應用的需求，提出一種無需挖礦、高吞吐量的共識機制，作為這類聯(lián)盟區(qū)塊鏈應用的技術參考.

2 聯(lián)盟區(qū)塊鏈通用架構的設計

2.1 基于聯(lián)盟鏈的應用架構設計理論

從系統(tǒng)的角度來看，區(qū)塊鏈本質上就是一個分布式系統(tǒng). 布魯爾定理[9]是分布式系統(tǒng)設計的重要理論之一，它將分布式系統(tǒng)的基本需求定義為一致性、可用性和分區(qū)容錯性. 其中，一致性是指分布式系統(tǒng)中一個操作的結果在同一時刻各個節(jié)點上都是一致的；可用性是指在分布式系統(tǒng)中出現(xiàn)部分故障節(jié)點時，系統(tǒng)在有限時間內仍然具有處理請求的能力；分區(qū)容錯性是指如果分布式系統(tǒng)允許數(shù)據(jù)分成不同的集群節(jié)點區(qū)域，其中一個區(qū)域出現(xiàn)故障，不會影響整個系統(tǒng)的運作[9].

本文在設計聯(lián)盟鏈架構時，考慮到時分區(qū)容錯是無法避免的，底層網(wǎng)絡采用了P2P 網(wǎng)絡，提高了節(jié)點間通信的魯棒性和系統(tǒng)的可用性. 對于系統(tǒng)一致性需求，比如出現(xiàn)消息丟失或延遲的情況，系統(tǒng)一致性得不到滿足，這正是本文要解決的問題之一.

2.2 聯(lián)盟鏈的通用架構

聯(lián)盟鏈的通用架構分為應用層、擴展層、網(wǎng)絡層和存儲層四層，如圖1所示.

圖1 聯(lián)盟鏈通用架構

⑴應用層. 應用層類似電腦中的各種應用軟件，是注冊用戶、聯(lián)盟企業(yè)、各級行政管理部門、金融機構、工商稅務等用戶可以直接使用的軟件產品.為了方便與集成相關組織、企業(yè)現(xiàn)有的管理信息系統(tǒng)，在應用層可以提供Web Services服務的接口[12].

⑵擴展層. 擴展層類似于電腦驅動程序，是為了讓聯(lián)盟區(qū)塊鏈系統(tǒng)更加實用，主要包括交易、用戶信用畫像等類的智能合約；用戶管理類組件，比如用戶注冊、錢包等功能；管理部門監(jiān)管類組件；金融服務類組件；數(shù)據(jù)服務類組件等.

⑶網(wǎng)絡層. 網(wǎng)絡層類似于個人電腦的操作系統(tǒng)是整個聯(lián)盟區(qū)塊鏈核心，由一個聯(lián)盟主席節(jié)點和若干個委員會節(jié)點組成. 主席節(jié)點負責仲裁，委員會節(jié)點負責交易認證和交易打包. 網(wǎng)絡層負責實施共識機制；維護P2P網(wǎng)絡節(jié)點和節(jié)點安全性.它僅僅提供各種API以供調用來實現(xiàn)聯(lián)盟區(qū)塊鏈項目的網(wǎng)絡編程、分布式算法、密碼學和數(shù)據(jù)存儲功能等最核心的功能.

需要注意的是聯(lián)盟鏈企業(yè)戶要進行實名認證來證明身份. 這種認證包括工商執(zhí)照、CA（Certificate Authority）機構頒發(fā)的數(shù)字證書等.只有通過聯(lián)盟鏈認證的企業(yè)才有可能成為聯(lián)盟鏈節(jié)點.

⑷存儲層. 負責存儲聯(lián)盟鏈項目的區(qū)塊鏈.所有節(jié)點和用戶訪問區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)都需要通過聯(lián)盟鏈官方的CA 認證. 本文建議聯(lián)盟鏈項目可以采用雙鏈結構[13]. 一條是交易區(qū)塊鏈用來存儲交易相關的數(shù)據(jù)，另一條是信用畫像區(qū)塊鏈用來存儲聯(lián)盟企業(yè)和注冊用戶信用畫像相關數(shù)據(jù). 如果說存儲交易區(qū)塊鏈是項目的業(yè)務需要，它維護區(qū)塊鏈的一致性和合法性，那么，存儲信用畫像區(qū)塊鏈則是建立線上和線下信用生態(tài)圈的一項制度保障. 聯(lián)盟鏈中所有企業(yè)和用戶都是實名的，信用生態(tài)圈的建立有利于聯(lián)盟鏈的健康發(fā)展和系統(tǒng)安全.

可以根據(jù)項目實際情況制定兩類區(qū)塊鏈的區(qū)塊生成周期.它們的區(qū)塊周期可以相同也可以不同.

3 基于聯(lián)盟鏈的共識機制設計

共識機制是區(qū)塊鏈技術的核心，從技術角度來看，共識機制要解決兩個核心問題，即記賬節(jié)點的選舉和新區(qū)塊如何達成共識. 本節(jié)將從出塊節(jié)點的選舉、區(qū)塊隨機數(shù)和主鏈共識三個方面闡述.

3.1 出塊節(jié)點選舉算法

聯(lián)盟鏈上節(jié)點都是通過CA 認證才能加入的節(jié)點，所有節(jié)點的身份對全網(wǎng)來說是已知的，為了節(jié)約能源，沒有必要通過算力競爭獲得記賬權. 下面給出一種出塊節(jié)點的選舉算法.

本文設想通過節(jié)點的算力大小、服務質量等特征值為參考值，通過全網(wǎng)投票產生N個委員會節(jié)點. 并約定只有委員會節(jié)點才能充當區(qū)塊出塊節(jié)點也稱為當值節(jié)點，負責在某個時間間隔生成區(qū)塊.當最新區(qū)塊全網(wǎng)共識結束，新的出塊節(jié)點選舉開始，算法如圖2所示.

圖2 當值節(jié)點選舉算法

由圖2 知：算法以網(wǎng)絡時間作為隨機種子，首先按1+mod(rand()，N)的公式計算選擇本次出塊節(jié)點的編號，公式中N表示委員會節(jié)點數(shù)（注：所有委員會節(jié)點按注冊先后次序從1編號到N），然后，判斷新當值節(jié)點是否連續(xù)當值，如果連續(xù)當值就回到上一步，否則，選出了新的當值節(jié)點，本次選舉結束.

采用這種函數(shù)生成隨機數(shù)的選舉方式，節(jié)省了選舉時間和各節(jié)點算力，為縮短區(qū)塊周期提高交易吞吐量提供了算法理論保障. 出塊節(jié)點的選舉除了選舉效率外，選舉結果的公平性也非常重要. 這里的公平性體現(xiàn)在各委員會節(jié)點在一段時間內當值次數(shù)基本相同和當值順序節(jié)點間沒有相關性. 下節(jié)將通過實驗來證明選舉算法的公平性.

3.2 區(qū)塊頭的隨機數(shù)生成算法

區(qū)塊頭的隨機數(shù)是節(jié)點驗證最新區(qū)塊的重要數(shù)據(jù)字段. 當所有委員會節(jié)點接收到新區(qū)塊以后，通過用本地區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)檢驗隨機數(shù)即可得出新區(qū)塊是否按共識機制產生的區(qū)塊，是另一種工作量證明.本文擬定的區(qū)塊頭核心部分結構為：區(qū)塊頭={上一個區(qū)塊哈希，梅克爾根，隨機數(shù)，出塊節(jié)點，時間戳}.新區(qū)塊的隨機數(shù)由出塊節(jié)點與最近N個區(qū)塊進行N次哈希計算得到，N為委員會節(jié)點數(shù).這樣設計的目的是要用最近N個已取得共識的區(qū)塊作為新區(qū)塊的前向證明[14].具體算法流程如下：

⑴出塊節(jié)點獲得本地最近區(qū)塊的高度H.

⑵根據(jù)H來確定哈希計算次數(shù)K. 如果H＜N（即還沒有生成N 個區(qū)塊的情況），K=實際區(qū)塊數(shù)，否則K=N.

⑶計算p=hash32(當值節(jié)點公鑰)，即計算隨機數(shù)p的初始值.

⑷p=hash(block[head-i]+p)，即依次把最近區(qū)塊的區(qū)塊頭與p進行哈希迭代K次，i的初始為0.

⑸輸出p，隨機數(shù)生成完畢.

p是一個真正的隨機數(shù)沒有重復，不能提前生成可作為出塊節(jié)點的“工作量證明”.

3.3 主鏈共識算法

主鏈共識是指出塊節(jié)點產生的新區(qū)塊如何取得全網(wǎng)認可. 通過3.2 節(jié)知，理論上出塊節(jié)點生成的新區(qū)塊一定是鏈接在最近的一個區(qū)塊的，但是不排隊委員會節(jié)點中拜占庭節(jié)點產生的區(qū)塊鏈接到非最近區(qū)塊，這樣出現(xiàn)區(qū)塊鏈分叉. 如何保證主鏈不分叉是主鏈共識的主要內容.

主鏈共識有弱共識和強共識兩類[3]. 像比特幣、以太坊采用弱共識，共識效率低，即交易確認需要的時間長，交易吐吞量小，區(qū)塊鏈容易產生分叉，理論上不適合交易數(shù)量大和交易頻繁的應用. 聯(lián)盟區(qū)塊鏈具有出塊節(jié)點固定且節(jié)點規(guī)模不大的特點，故本文采用強共識來克服弱共識的不足，采用“全有全無”的共識原則.

在主鏈共識開始時，聯(lián)盟主席節(jié)點需要確認所有的委員會節(jié)點在線，如果有節(jié)點不在線將采取“熔斷”機制，系統(tǒng)停止交易打包進區(qū)塊. 這里犧牲可用性來保證安全性. 聯(lián)盟會調查節(jié)點不在線原因，將按照聯(lián)盟章程處理. 下面給出一種改進的PBFT 強共識算法，共識過程分歸約階段和認可階段，算法如圖3所示.

（I）歸約階段：是在所有委員會節(jié)點對各自本地區(qū)塊鏈的高度和最近區(qū)塊達成一致共識的過程.

為了提高歸約效率，考慮到主鏈上區(qū)塊將會有很多，系統(tǒng)固定周期向區(qū)塊鏈中插入檢查點，每次區(qū)塊高度歸約都是從最近檢查點開始，如果主鏈上還沒有檢查點，則從創(chuàng)世區(qū)塊開始.由圖3知：

圖3 改進的PBFT算法

⑴當值節(jié)點以最后一個檢查點為標準，計算本地最近區(qū)塊的高度H.

⑵當值節(jié)點發(fā)起H提議投票并廣播所有委員會節(jié)點.

⑶如果某節(jié)點的本地最近區(qū)塊高度與提議的H不同，則投反對票并廣播.

⑷當值節(jié)點如果收到反對票，請聯(lián)盟主席節(jié)點仲裁. 聯(lián)盟主席節(jié)點以半數(shù)以上節(jié)點的H 為仲裁結果，凡是不是這個H值的節(jié)點同步本地區(qū)塊鏈，然后重新第1步.

⑸當值節(jié)點廣播本地最近的區(qū)塊哈希，發(fā)起最近區(qū)塊投票.

⑹其他節(jié)點哈希各自本地最近區(qū)塊并與提議區(qū)塊的哈希對比，如果不同投反對票并廣播.

⑺當值節(jié)點如果收到反對票，請聯(lián)盟主席節(jié)點仲裁. 聯(lián)盟主席節(jié)點以半數(shù)以上節(jié)點的最近區(qū)塊為最近區(qū)塊仲裁結果，凡是最近區(qū)塊不是仲裁區(qū)塊的節(jié)點同步本地區(qū)塊鏈，然后重新第1步.

⑻聯(lián)盟主席節(jié)點監(jiān)測到兩次投票沒有反對票，通過各節(jié)點準備進行認可階段，歸約階段結束.

（II）認可階段：是對最新區(qū)塊二進制認可. 由圖3知：

⑴只有當值節(jié)點收到本次歸約結束通知后，開始廣播最新區(qū)塊給其他委員會節(jié)點.

⑵各委員會節(jié)點利用本地主鏈數(shù)據(jù)驗證當值節(jié)點發(fā)來的隨機數(shù)，如果與本地計算結果不同，則投反對票并廣播結果.

⑶各委員會節(jié)點檢查收到的最新區(qū)塊梅克爾根、出塊節(jié)點公鑰、時間戳等區(qū)塊頭字段是否正確，只要有其中一項不正確將投反對票且說明原因并廣播.

⑷如果各節(jié)點統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)沒有反對票，則把收到的最新區(qū)塊存儲到本地區(qū)塊鏈中.

⑸如果各節(jié)點統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)有反對票，則存儲一個空區(qū)塊（只有區(qū)塊頭沒有區(qū)塊體的區(qū)塊）存儲到本地區(qū)塊鏈中.本次主鏈共識結束.

如果本次共識不成功，聯(lián)盟主席節(jié)點將啟動問責制，將審計認可階段不成功原因. 如果被系統(tǒng)認定為拜占庭節(jié)點將強行取消該節(jié)點為委員會節(jié)點的角色（注：創(chuàng)世區(qū)塊在系統(tǒng)中正式啟動后由系統(tǒng)自動產生，不需要共識. 新加入的委員會節(jié)點在初始化時會自動拷貝創(chuàng)世區(qū)塊）.

4 實驗與分析

4.1 共識機制安全性分析

區(qū)塊鏈共識協(xié)議的安全性一般圍繞持久性和活性進行[3]. 從持久性和活性兩方面對本文提出的共識協(xié)議進行安全性分析.

⑴持久性. 根據(jù)3.3 節(jié)主鏈共識算法知，主鏈在取得強共識之前需要進行歸約處理，使得每個委員會節(jié)點所存儲的區(qū)塊鏈高度一致，即某區(qū)塊在節(jié)點本地區(qū)塊鏈中擁有H個區(qū)塊的高度，該區(qū)塊在其他節(jié)點的本地區(qū)塊鏈中也擁有H個區(qū)塊的高度. 由于網(wǎng)絡傳播延時的原因可能造成各個委員會節(jié)點區(qū)塊高度暫時不一致，但通過多個多輪歸約后，最近區(qū)塊在各個委員會節(jié)點的主鏈上已會保持相同，說明通過主鏈共識算法可以保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的一致性.

⑵活性. 活性指非拜占庭節(jié)點發(fā)起的交易最終被打包進區(qū)塊鏈中并滿足持久性[3]. 現(xiàn)在的共識機制不一定都會滿足活性要求，比如，比特幣網(wǎng)絡因交易吞吐量和交易手續(xù)費等原因，也造成很多交易被積壓. 這些被積壓的交易有一部分是因吞吐量造成的，但是還有一部分是因為礦工認為交易手續(xù)費出價低的原因造成的. 礦工更愿意先打包手續(xù)費出價高的交易，這樣就有可能造成有些交易“活鎖”，永遠不能打包進區(qū)塊進行交易確認，即沒有滿足活性的要求.

在本文的共識機制中沒有“挖礦”環(huán)節(jié)，即委員會節(jié)點不需要消耗大量算力獲得記賬權，各節(jié)點沒有很大利益競爭關系，故設定交易確認順序的規(guī)則是“先提交先確認”.本文共識機制的具體做法是：用戶提交某委員會節(jié)點上的交易通過驗證后進入本地交易緩沖池，該節(jié)點當值在生成新區(qū)塊時按“先進先出”原則打包緩沖池交易. 系統(tǒng)可以平衡各節(jié)點緩沖池交易的數(shù)量，同時，當某節(jié)點被取消委員會節(jié)點資格之前，系統(tǒng)自動轉發(fā)該節(jié)點緩沖池的交易給其他委員會節(jié)點. 通過這樣的規(guī)則約束就可以保證所有滿足要求的交易最終都會打包進區(qū)塊得到確認.也就是說明了本文共識機制是滿足活性的要求.

從網(wǎng)絡安全來看，出塊節(jié)點是通過隨機函數(shù)產生，網(wǎng)絡不可能出現(xiàn)“雙花”攻擊；各節(jié)點都必須通過CA 認證才能進網(wǎng)，不可能出現(xiàn)“女巫”攻擊；各委員會節(jié)點在一段時間內當值次數(shù)大致相同，理論上講不會出現(xiàn)“自私挖礦”和“長程”攻擊的可能.

綜上所述，本文提出的共識機制是安全的.

4.2 出塊節(jié)點選舉的公平性

出塊節(jié)點選舉的公平性主要包括兩方面：一是所有委員會節(jié)點在一段時間內當值的次數(shù)大致相同，最大當值次數(shù)誤差率在工程上可以容忍；二是各節(jié)點當值順序無函數(shù)相關性. 對于第二方面，每次選舉時都用網(wǎng)絡時間作為隨機種子，故選舉的節(jié)點編號大概率無函數(shù)相關性.下面驗證第一方面.

3.1 節(jié)出塊節(jié)點選舉算法用C 語言編寫進行模擬實驗. 圖4 是節(jié)點數(shù)為100 個，選舉10 000 次，各個節(jié)點當選次數(shù)的統(tǒng)計圖. 圖中橫坐標為節(jié)點編號，縱坐標為當選次數(shù). 由圖4 知，所有節(jié)點當選次數(shù)的散點的趨勢線近似為y=100. 最大次數(shù)誤差為6 次，最大誤差率為6%，這個誤差在工程上可以容忍.從R2來看，各節(jié)點當選次數(shù)互不相關，近似等概率事件. 受篇幅限制，另有三種情況的當選次數(shù)統(tǒng)計圖沒有羅列，其相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果見表1.

圖4 各節(jié)點當選次數(shù)的統(tǒng)計圖

表1 四種情況節(jié)點選舉相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表1 知，各個節(jié)點間的當選次數(shù)互不相關，最大誤差率在工程上可以容忍，各節(jié)點當選次數(shù)近似為等概率事件，即一段時間內所有節(jié)點當選次數(shù)大致相當.另外，最大當選誤差次數(shù)與節(jié)點總數(shù)無關.

4.3 性能測試

在性能方面，采用Node.js (v5.4.0)平臺[15]，引入Express 框架；操作系統(tǒng)是Ubuntu (v0.29.0)；本機處理器是Intel(R) Core(TM) i7-9750H CPU @2.60 GHz，內存32 GB；模擬網(wǎng)絡規(guī)模為10 個節(jié)點；一個區(qū)塊中只包含16個交易；每個交易固定為240字節(jié)；區(qū)塊周期為1分鐘，對320個交易打包生成區(qū)塊和主鏈共識進行測試.

實驗結果表明，在沒有出現(xiàn)故障節(jié)點的情況下，當區(qū)塊周期為1分鐘、網(wǎng)絡規(guī)模10個委員會節(jié)點時，通過20 次出塊節(jié)點的選舉和主鏈共識，平均消耗時間34.8 s. 說明本文的共設機制可以在1 分鐘完成區(qū)塊共識. 當然，這個測試數(shù)據(jù)只是在虛擬環(huán)境下比較理想狀態(tài)下的結果，肯定與真實環(huán)境可能還有一點差異.

5 結語

本文提出的基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的共識機制在一定程序可以滿足當前我國區(qū)塊鏈應用的需要. 從系統(tǒng)架構來看，它是一個可監(jiān)管、可控制且數(shù)據(jù)掌握在聯(lián)盟委員會節(jié)點之中，這樣的系統(tǒng)踐行了國家信息化建設指導綱領文件精神；從共識過程來看，沒有“挖礦”過程，可以不發(fā)行加密貨幣進行系統(tǒng)運行. 加密貨幣在區(qū)域鏈系統(tǒng)中起到重要的價值替代作用，但是，“空氣幣”成為新的網(wǎng)絡詐騙新型手段，讓部分用戶質疑了區(qū)塊鏈應用. 共識機制可以回避這個質疑. 從共識機制的安全性來看，通過實驗與分析知，共識機制滿足安全性要求，可以防止諸如“雙花”“女巫”“自私挖礦”和“長程”等多種網(wǎng)絡攻擊；從共識效率來看，出塊節(jié)點的函數(shù)式選舉是公平的，選舉過程很快，實驗數(shù)據(jù)說明主鏈共識也比較快，這樣整體上可以降低系統(tǒng)運行能耗，在理論上為網(wǎng)絡交易低手續(xù)費打下堅實基礎.

由于實際系統(tǒng)的復雜性，理論上的描述和有限的實驗模擬與實際會有一定距離，會遇到諸如管理部門與社會的認可、配合以及交易峰值速率等問題和挑戰(zhàn)，需要對區(qū)塊鏈技術不斷完善. 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈共識機制的項目落地實踐是以后研究方向.