1、POW & POS,傻傻分不清楚的共識(shí)機(jī)制

什么是共識(shí)機(jī)制？

我在開(kāi)更的第一篇文章，就簡(jiǎn)單講解了數(shù)字貨幣世界的16個(gè)最高頻名詞，其中一個(gè)就是共識(shí)機(jī)制，還記得嗎？

為什么要有共識(shí)機(jī)制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問(wèn)題”了。

拜占庭將軍問(wèn)題（The Byzantine Generals Problem）可以總結(jié)為一句話(huà)：

在古代，11位忠誠(chéng)的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對(duì)進(jìn)攻或撤退達(dá)成一致。

當(dāng)然，拜占庭將軍問(wèn)題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就發(fā)明了“虎符”這個(gè)神奇的方式來(lái)保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數(shù)系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個(gè)錯(cuò)誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯(cuò)誤、快速達(dá)成一致，來(lái)讓系統(tǒng)有效地、正確地運(yùn)行，便應(yīng)運(yùn)而生了各種“共識(shí)機(jī)制”。

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下面，我們就來(lái)一起學(xué)習(xí)數(shù)字貨幣世界中常見(jiàn)的幾種共識(shí)機(jī)制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識(shí)機(jī)制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的一個(gè)“哈?，F(xiàn)金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數(shù)，其具體的工作原理實(shí)在太專(zhuān)業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結(jié)果很容易驗(yàn)證，但是要將其計(jì)算出來(lái)，需要不斷嘗試運(yùn)算，直到匹配到某個(gè)隨機(jī)數(shù)；技術(shù)上而言，任何新增區(qū)塊都需要經(jīng)過(guò)232394億運(yùn)算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學(xué)習(xí)。

因此，只要礦工出示運(yùn)算結(jié)果，那通過(guò)PoW，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)就認(rèn)可了他所付出的成本，承認(rèn)新的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)屬于他。

如此大量的運(yùn)算相當(dāng)浪費(fèi)資源，實(shí)際上并沒(méi)有任何科學(xué)或?qū)嶋H用途，只是為了實(shí)踐工作量證明機(jī)制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點(diǎn)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)。

雖然在2009年時(shí)為了構(gòu)建這種去中心化的、允許所有人可以免費(fèi)參與的全球貨幣網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經(jīng)有了其他不需要大量浪費(fèi)算力的證明機(jī)制，比如我們下面就要提到的，PoS權(quán)益證明。

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PoS，權(quán)益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點(diǎn)記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點(diǎn)持有的權(quán)益成反比，也就是說(shuō)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的幣越多、時(shí)間越久，越容易獲取記賬權(quán)，也就越容易獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

實(shí)際上，最初的PoS是PoW的一種升級(jí)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的幣齡，來(lái)等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機(jī)數(shù)的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數(shù)量*擁有天數(shù)。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會(huì)被標(biāo)記時(shí)間戳，這個(gè)時(shí)間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個(gè)幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣(mài)了這10個(gè)幣，這900幣齡就被消耗了；

后來(lái)，為了徹底擺脫P(yáng)oW這種依靠算力的共識(shí)機(jī)制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機(jī)制最初確認(rèn)時(shí)就設(shè)定的，一般不會(huì)變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個(gè)例子中，A就可以得到0.02466個(gè)幣的利息。

如此一來(lái)，PoS區(qū)塊鏈的作用過(guò)程就可以這樣描述：

在初期，通過(guò)PoW機(jī)制，產(chǎn)生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，PoS機(jī)制開(kāi)始作用，交易時(shí)消耗幣齡、獲得產(chǎn)生區(qū)塊的優(yōu)先權(quán)，并獲取利息，同時(shí)PoW機(jī)制由于消耗太多資源、浪費(fèi)算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來(lái)維持正常運(yùn)作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機(jī)制，不過(guò)正在轉(zhuǎn)向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識(shí)機(jī)制的時(shí)候，相信也會(huì)比較快得就能理解。

比如：股份授權(quán)證明DPOS，類(lèi)似于董事會(huì)投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時(shí)間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開(kāi)了，感興趣的同學(xué)可以百度或知乎一下~

2、區(qū)塊鏈常見(jiàn)的三大共識(shí)機(jī)制

區(qū)塊鏈?zhǔn)墙⒃赑2P網(wǎng)絡(luò)，由節(jié)點(diǎn)參與的分布式賬本系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是“去中心化”。也就是說(shuō)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，用戶(hù)與用戶(hù)之間、用戶(hù)與機(jī)構(gòu)之間、機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間，無(wú)需建立彼此之間的信任，只需依靠區(qū)塊鏈協(xié)議系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)交易。

可是，要如何保證賬本的準(zhǔn)確性，權(quán)威性，以及可靠性？區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)為什么要參與記賬？節(jié)點(diǎn)如果造假怎么辦？如何防止賬本被篡改？如何保證節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)一致性？……這些都是區(qū)塊鏈在建立“去中心化”交易時(shí)需要解決的問(wèn)題，由此產(chǎn)生了共識(shí)機(jī)制。

所謂“共識(shí)機(jī)制”，就是通過(guò)特殊節(jié)點(diǎn)的投票，在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)交易的驗(yàn)證和確認(rèn)；當(dāng)出現(xiàn)意見(jiàn)不一致時(shí)，在沒(méi)有中心控制的情況下，若干個(gè)節(jié)點(diǎn)參與決策達(dá)成共識(shí)，即在互相沒(méi)有信任基礎(chǔ)的個(gè)體之間如何建立信任關(guān)系。

區(qū)塊鏈技術(shù)正是運(yùn)用一套基于共識(shí)的數(shù)學(xué)算法，在機(jī)器之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)技術(shù)背書(shū)而非中心化信用機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全新的信用創(chuàng)造。

不同的區(qū)塊鏈種類(lèi)需要不同的共識(shí)算法來(lái)確保區(qū)塊鏈上最后的區(qū)塊能夠在任何時(shí)候都反應(yīng)出全網(wǎng)的狀態(tài)。

目前為止，區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制主要有以下幾種：POW工作量證明、POS股權(quán)證明、DPOS授權(quán)股權(quán)證明、Paxos、PBFT（實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法）、dBFT、DAG（有向無(wú)環(huán)圖）

接下來(lái)我們主要說(shuō)說(shuō)常見(jiàn)的POW、POS、DPOS共識(shí)機(jī)制的原理及應(yīng)用場(chǎng)景

概念：

工作量證明機(jī)制（Proof of work ），最早是一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)名詞，指系統(tǒng)為達(dá)到某一目標(biāo)而設(shè)置的度量方法。簡(jiǎn)單理解就是一份證明，用來(lái)確認(rèn)你做過(guò)一定量的工作，通過(guò)對(duì)工作的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證來(lái)證明完成了相應(yīng)的工作量。

工作量證明機(jī)制具有完全去中心化的優(yōu)點(diǎn)，在以工作量證明機(jī)制為共識(shí)的區(qū)塊鏈中，節(jié)點(diǎn)可以自由進(jìn)出，并通過(guò)計(jì)算隨機(jī)哈希散列的數(shù)值解爭(zhēng)奪記賬權(quán)，求得正確的數(shù)值解以生成區(qū)塊的能力是節(jié)點(diǎn)算力的具體表現(xiàn)。

應(yīng)用：

POW最著名的應(yīng)用當(dāng)屬比特幣。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，在Block的生成過(guò)程中，礦工需要解決復(fù)雜的密碼數(shù)學(xué)難題，尋找到一個(gè)符合要求的Block Hash由N個(gè)前導(dǎo)零構(gòu)成，零的個(gè)數(shù)取決于網(wǎng)絡(luò)的難度值。這期間需要經(jīng)過(guò)大量嘗試計(jì)算（工作量），計(jì)算時(shí)間取決于機(jī)器的哈希運(yùn)算速度。

而尋找合理hash是一個(gè)概率事件，當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁有占全網(wǎng)n%的算力時(shí)，該節(jié)點(diǎn)即有n/100的概率找到Block Hash。在節(jié)點(diǎn)成功找到滿(mǎn)足的Hash值之后，會(huì)馬上對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行廣播打包區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)收到廣播打包區(qū)塊，會(huì)立刻對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

如果驗(yàn)證通過(guò)，則表明已經(jīng)有節(jié)點(diǎn)成功解迷，自己就不再競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前區(qū)塊，而是選擇接受這個(gè)區(qū)塊，記錄到自己的賬本中，然后進(jìn)行下一個(gè)區(qū)塊的競(jìng)爭(zhēng)猜謎。網(wǎng)絡(luò)中只有最快解謎的區(qū)塊，才會(huì)添加的賬本中，其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)制，以此保證了整個(gè)賬本的唯一性。

假如節(jié)點(diǎn)有任何的作弊行為，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證不通過(guò)，直接丟棄其打包的區(qū)塊，這個(gè)區(qū)塊就無(wú)法記錄到總賬本中，作弊的節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)的成本就白費(fèi)了，因此在巨大的挖礦成本下，也使得礦工自覺(jué)自愿的遵守比特幣系統(tǒng)的共識(shí)協(xié)議，也就確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果能被快速驗(yàn)證，系統(tǒng)承擔(dān)的節(jié)點(diǎn)量大，作惡成本高進(jìn)而保證礦工的自覺(jué)遵守性。

缺點(diǎn)：需要消耗大量的算法，達(dá)成共識(shí)的周期較長(zhǎng)

概念：

權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake），要求證明人提供一定數(shù)量加密貨幣的所有權(quán)。

權(quán)益證明機(jī)制的運(yùn)作方式是，當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊時(shí)，礦工需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“幣權(quán)”交易，交易會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的比例把一些幣發(fā)送給礦工本身。權(quán)益證明機(jī)制根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有代幣的比例和時(shí)間，依據(jù)算法等比例地降低節(jié)點(diǎn)的挖礦難度，從而加快了尋找隨機(jī)數(shù)的速度。

應(yīng)用：

2012年，化名Sunny King的網(wǎng)友推出了Peercoin（點(diǎn)點(diǎn)幣），是權(quán)益證明機(jī)制在加密電子貨幣中的首次應(yīng)用。PPC最大創(chuàng)新是其采礦方式混合了POW及POS兩種方式，采用工作量證明機(jī)制發(fā)行新幣，采用權(quán)益證明機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

為了實(shí)現(xiàn)POS，Sunny King借鑒于中本聰?shù)腃oinbase，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種特殊類(lèi)型交易，叫Coinstake。

上圖為Coinstake工作原理，其中幣齡指的是貨幣的持有時(shí)間段，假如你擁有10個(gè)幣，并且持有10天，那你就收集到了100天的幣齡。如果你使用了這10個(gè)幣，幣齡被消耗（銷(xiāo)毀）了。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮短達(dá)成共識(shí)所需的時(shí)間，比工作量證明更加節(jié)約能源。

缺點(diǎn)：本質(zhì)上仍然需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行挖礦運(yùn)算，轉(zhuǎn)賬真實(shí)性較難保證

概念：

授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制（Delegated Proof of Stake），與董事會(huì)投票類(lèi)似，該機(jī)制擁有一個(gè)內(nèi)置的實(shí)時(shí)股權(quán)人投票系統(tǒng)，就像系統(tǒng)隨時(shí)都在召開(kāi)一個(gè)永不散場(chǎng)的股東大會(huì)，所有股東都在這里投票決定公司決策。

授權(quán)股權(quán)證明在嘗試解決傳統(tǒng)的PoW機(jī)制和PoS機(jī)制問(wèn)題的同時(shí)，還能通過(guò)實(shí)施科技式的民主抵消中心化所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。基于DPoS機(jī)制建立的區(qū)塊鏈的去中心化依賴(lài)于一定數(shù)量的代表，而非全體用戶(hù)。在這樣的區(qū)塊鏈中，全體節(jié)點(diǎn)投票選舉出一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)代表，由他們來(lái)代理全體節(jié)點(diǎn)確認(rèn)區(qū)塊、維持系統(tǒng)有序運(yùn)行。

同時(shí)，區(qū)塊鏈中的全體節(jié)點(diǎn)具有隨時(shí)罷免和任命代表的權(quán)力。如果必要，全體節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)投票讓現(xiàn)任節(jié)點(diǎn)代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的民主。

應(yīng)用：

比特股（Bitshare）是一類(lèi)采用DPOS機(jī)制的密碼貨幣。通過(guò)引入了見(jiàn)證人這個(gè)概念，見(jiàn)證人可以生成區(qū)塊，每一個(gè)持有比特股的人都可以投票選舉見(jiàn)證人。得到總同意票數(shù)中的前N個(gè)（N通常定義為101）候選者可以當(dāng)選為見(jiàn)證人，當(dāng)選見(jiàn)證人的個(gè)數(shù)（N）需滿(mǎn)足：至少一半的參與投票者相信N已經(jīng)充分地去中心化。

見(jiàn)證人的候選名單每個(gè)維護(hù)周期（1天）更新一次。見(jiàn)證人然后隨機(jī)排列，每個(gè)見(jiàn)證人按序有2秒的權(quán)限時(shí)間生成區(qū)塊，若見(jiàn)證人在給定的時(shí)間片不能生成區(qū)塊，區(qū)塊生成權(quán)限交給下一個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的見(jiàn)證人。DPoS的這種設(shè)計(jì)使得區(qū)塊的生成更為快速，也更加節(jié)能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式達(dá)成共識(shí)，他們投票選出的N個(gè)見(jiàn)證人，可以視為N個(gè)礦池，而這N個(gè)礦池彼此的權(quán)利是完全相等的。持股人可以隨時(shí)通過(guò)投票更換這些見(jiàn)證人（礦池），只要他們提供的算力不穩(wěn)定，計(jì)算機(jī)宕機(jī)，或者試圖利用手中的權(quán)力作惡。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：縮小參與驗(yàn)證和記賬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而達(dá)到秒級(jí)的共識(shí)驗(yàn)證

缺點(diǎn)：中心程度較弱，安全性相比POW較弱，同時(shí)節(jié)點(diǎn)代理是人為選出的，公平性相比POS較低，同時(shí)整個(gè)共識(shí)機(jī)制還是依賴(lài)于代幣的增發(fā)來(lái)維持代理節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3、pos共識(shí)機(jī)制的說(shuō)法錯(cuò)誤的是

持幣者擁有網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。通過(guò)查詢(xún)pos共識(shí)機(jī)制官網(wǎng)得知，pos共識(shí)機(jī)制的說(shuō)法錯(cuò)誤的是持幣者擁有網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，PoS機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決，PoW協(xié)議中存在的資源浪費(fèi)和低效問(wèn)題。

4、什么是pos算法和pos機(jī)制

pos是公鏈中的共識(shí)算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當(dāng)前以太坊和許多區(qū)塊鏈安全的一種機(jī)制，但是pow算法在挖礦過(guò)程中，因?yàn)槠茐沫h(huán)境和浪費(fèi)電而受到指責(zé)，pos試圖通過(guò)一種不同的機(jī)制取代挖礦的概念，從而解決這些問(wèn)題。

ps機(jī)制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴(lài)于計(jì)算硬件的稀缺性，來(lái)防止女巫攻擊。在pow中，一個(gè)用戶(hù)有可能用一千美元來(lái)買(mǎi)計(jì)算機(jī)，加入網(wǎng)絡(luò)來(lái)挖礦，產(chǎn)生新區(qū)塊，從而得到獎(jiǎng)勵(lì)。在pos中，用戶(hù)可以拿到一千美元，買(mǎi)到等值的代幣，把這些代幣當(dāng)做押金放在pos機(jī)制之中，只要用戶(hù)就有機(jī)會(huì)產(chǎn)生，這樣用戶(hù)可以得到獎(jiǎng)勵(lì)。

pos算法如下，存在一個(gè)持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機(jī)制中，這樣他們就變成驗(yàn)證者。

5、NULS的POC共識(shí)與POS和DPOS共識(shí)機(jī)制有和區(qū)別?

POC：（Proof-Of-Credit）信用共識(shí)機(jī)制，由NULS團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)并運(yùn)用，共識(shí)機(jī)制為：節(jié)點(diǎn)信用達(dá)標(biāo)的情況下，鎖定一定保證金即可加入共識(shí)，共識(shí)節(jié)點(diǎn)重新排序后每輪輪流出塊，退出共識(shí)時(shí)保證金解鎖。NULS的POC分為委托共識(shí)和節(jié)點(diǎn)共識(shí)，委托共識(shí)抵押2000NULS，節(jié)點(diǎn)共識(shí)抵押20000NULS。節(jié)點(diǎn)建立者維護(hù)節(jié)點(diǎn)，收取委托共識(shí)的部分傭金，共同維護(hù)NULS主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)健康運(yùn)行。
POC共識(shí)機(jī)制綜合了POW/POS/DPOS的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，把區(qū)塊鏈中難以統(tǒng)一的去中心化、效率、一致性在不同方向上的特點(diǎn)做到了更好的協(xié)調(diào)。
 
1、去中心化：在POC共識(shí)機(jī)制的中，沒(méi)有節(jié)點(diǎn)數(shù)量的硬性限制，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是動(dòng)態(tài)的，任何滿(mǎn)足條件的都可以加入節(jié)點(diǎn)，這里每一個(gè)出塊節(jié)點(diǎn)都類(lèi)似POW中的礦池，通過(guò)持有權(quán)益的方式來(lái)加入這個(gè)礦池中共識(shí)。在POW中礦池根據(jù)算力來(lái)獲得記賬權(quán)益，在POC中，所有的礦池獲得記賬權(quán)的機(jī)會(huì)是隨機(jī)對(duì)等的，這使得POC共識(shí)機(jī)制的節(jié)點(diǎn)分布相對(duì)更去中心化。
 
 
2、效率：影響區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)效率的兩個(gè)關(guān)鍵因素是節(jié)點(diǎn)分布廣泛的程度和提供節(jié)點(diǎn)的硬件網(wǎng)絡(luò)資源。在協(xié)調(diào)這兩個(gè)參數(shù)中，POC共識(shí)機(jī)制引入了信用系數(shù)機(jī)制，直接會(huì)影響到節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定，所以每一個(gè)節(jié)點(diǎn)以及參與到這個(gè)節(jié)點(diǎn)的委托人都會(huì)做出對(duì)網(wǎng)絡(luò)最有利的選擇，保證節(jié)點(diǎn)能高效穩(wěn)定的提供服務(wù)，另外通過(guò)權(quán)益的方式來(lái)加入節(jié)點(diǎn)共識(shí)，使得節(jié)點(diǎn)的數(shù)量會(huì)在一定的區(qū)間內(nèi)浮動(dòng)，可以通過(guò)更改激勵(lì)參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)，參數(shù)一定的情況下市場(chǎng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)。在這些節(jié)點(diǎn)中，融入了DPOS的隨機(jī)排序后出塊原則，保證了網(wǎng)絡(luò)的的安全和高效，可提供較高的TPS承載能力。
 
3、一致性：在POC共識(shí)機(jī)制中，全員皆可以參與共識(shí)，節(jié)點(diǎn)只能向參與者收取一定的手續(xù)費(fèi)，所有的人參與共識(shí)的機(jī)會(huì)是均等的，獲得的激勵(lì)根據(jù)權(quán)益和節(jié)點(diǎn)信用系數(shù)來(lái)決定的。節(jié)點(diǎn)和所有的參與者都會(huì)為了提供穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)服務(wù)達(dá)成共識(shí)。

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