如果Alice錢包裡面有10美元，她可以去購買等值的物品。如果Alice去商店後，發現檯燈和桌子都是10美元，那麼她只能買其中一樣東西。

而我們所說的重複支付問題，正好與之相反，同樣的10美元，你可以購買兩樣東西。

不過，重複支付問題在我們生活中其實不會發生，因為你在購買東西的同時，也同時進行了支付（也就是說，這是個中心化系統）。換句話說，如果Alice花費10美元購買檯燈，那麼這10美元就不屬於她了。

但是在分佈式系統中，問題會有些不同。

對於分佈式系統來說，交易記錄會廣播給網絡中所有節點（也就是說，Alice會在網絡廣播交易信息，從而網絡中的每個節點都會知道“Alice已經花費10美元來購買檯燈”）。

每個節點都會記錄這個交易信息，然後將信息傳輸給網絡中的下個節點，並且這個過程會持續直到網絡中的所有節點已經記錄了這條信息“Alice已經使用了10美元來購買檯燈”。

但是，在信息通過龐大網絡進行傳輸的時候，以下問題也會出現：

• 當信息在網絡中傳播的時候，路徑不同，並且在不同時間到達不同節點。

• 由於節點會失效，有些節點也許不能將信息傳遞給下個節點，然後這個消息就會丟失。

因此，在某個時間會發生這種情況，某些節點知道Alice已經花費了10美元購買檯燈，但是某些節點卻不知道這一消息。

對於那些不知道Alice花費10美元購買檯燈的節點來說，這條信息還沒有傳達給他們；他們仍然會認為，Alice還有閒置的10美元可以購買任何其他東西。

因此，對於Alice來說，很可能她會向網絡中傳播另一個消息“Alice已經花費了10美元來購買桌子”，並且如果這個信息在“Alice花費了10美元來購買檯燈”這個消息之前達到節點，那麼這個節點就會認為Alice已經花了10美元來買桌子。

這就有可能造成這種情況，Alice能夠花費10美元買桌子，並且花費同樣的10美元來買檯燈；這是違背常理的，因為Alice只有10美元，並不是20美元。

這就是雙花問題。

雙花問題會在分佈式系統中出現，是因為交易信息在龐大的網絡中傳輸需要花費時間。

由於網絡中信息傳輸的時間差，無法保證信息達到節點的順序和信息創建的順序是相同的。

注意：有人會說，轉賬信息中會包含通用的時間戳，同時還有哈希值來保證數據的完整性，這就很容易解決轉賬信息會按照不同時間達到某個節點。

但是，Alice可以在簽署信息之前造假時間戳，同時把第二條信息放入更早的時間戳，給網絡造成疑惑。

從更深層次來看，現在網絡處於不一致的狀態，其中有些節點已經驗證“Alice花了10美元買燈”，其他節點驗證了“Alice花了10美元買桌子”。

為了解決網絡中狀態的不統一性（很少節點會驗證某個交易，並且其他節點已經驗證一個相反的交易），我們需要某個共識機制，確保交易的順序，從而將網絡帶回統一的狀態。

分佈式賬本技術和區塊鏈技術的共識機制

“真理不是事情的真相或者原因。簡單來說，就是每個人都同意這個事情。”

― Gregory Maguire, 壞女巫:新綠野仙踪

這種共識的形成有兩種方法。

基於投票的共識（需要信任的聯盟節點或者私有分佈式網絡，例如，超級賬本）：網絡中的每個節點都是互相認識的，而且每個節點會進行投票，從而對交易進行驗證。最後，通過多數人投票選舉和擔保政策（例如，實用性拜占庭容錯算法）來實現交易，而且擔保政策可以使得只要全網2/3節點通過的前提下，就可以讓交易有效。

基於抽獎或者競爭的共識（公鍊或者無需信任節點網絡，比如以太坊）：網絡中基於工作量證明或者權益證明選出的成員，可以決定交易是否有效，並且這個決定需要被全網都認可。無論誰贏得了這個獎勵，全網都會同意由獲勝節點驗證的轉賬是有效的。

這種通過競爭選出的下個節點的方式，通常是通過解決加密數學難題來實現，例如工作量證明，或者是根據對網絡投資的貢獻，來得到更高的獲勝概率，例如權益證明。

共識機制（不論是投票還是抽獎），都是讓網絡決定哪個交易是有效的。網絡中所有的節點然後再去驗證這個交易，這些只會通過有效交易的共識來進行處理。

有意思地是，有效交易可能並不是正確的交易。在我們的例子中，如果群體共識投票“Alice花費10美元買了桌子”作為有效交易，那麼正確的交易“Alice花費10美元買燈”就會被網絡所有節點認為無效。

其實，共識算法的目標並不是確定兩個交易之間，哪個是正確的。共識算法是為了防止分佈式網絡中的雙花問題（也就是說，在我們的例子中，通過共識機制，我們可以確保Alice可以消費10美元，並且只消費了一次）；而且保證全網只會同意某個交易信息，並且任何不同的交易信息都會被網絡認為是無效的。

在“無需信任的網絡”構建“信任”

Bodhi：“你不信任我嗎？”

Johnny Utah：“你需要去獲得信任。”

— 驚爆點(1991)

通過工作量證明算法，獲勝者可以通過解決數學難題，從整個網絡脫穎而出，而且獲勝者可以去決定網絡中哪些交易是有效的，並成為區塊鏈中下個區塊的一部分。

但是問題來了，為什麼我們需要節點互相競爭來解決複雜的加密數學難題，再選出獲勝者? 也就是說，為什麼我們需要復雜的工作量證明？任何節點可以被隨機選擇並稱為下個獲勝者嗎（隨機選擇）？同時，這個節點還要被選舉出來，並對有效的交易做出決定。

答案如下。

如果彩票獲獎者並不是通過計算量選拔出來並且添加區塊（或者有些代幣是需要算力，例如權益證明），那麼對於任何節點來說就會很容易將下個區塊添加到區塊鏈上。

這意味著很多人都可以添加他們認為的區塊到區塊鏈上，並且擁有最強算力的人能夠擴大區塊鏈，並且獲得最長的鏈。

中本聰對這個問題的解決方案“在無需信任的網絡中構建信任”，也是為了確保對於任何人或者團體（只要團體算力小於50%）都無法通過算力來控制整個網絡，也就是控制區塊鏈上區塊的創建，同時維持區塊鏈上最長的鏈。

因此，基本原理是，如果想在區塊鏈中添加區塊，需要通過難度很高的計算，並且引進某種機制來完成。這些機制中，最常見的，就是工作量證明算法。

但是，其實也有消逝時間證明（PoET）機制，這種算法需要在區塊鏈上加入下個區塊之前，“等待”一段時間，從而再次人為地將添加區塊的計算難度變得很困難。

對於權益證明算法，代幣的抵押機制可以選出創建區塊的下個人，這也讓任何個人都很難去持有足夠的代幣，來控制整體網絡。