從「非主流」到主流：PoS共識(shí)演變

眾所周知，區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種分布式賬本技術(shù)，如何讓同時(shí)參與記賬的多個(gè)節(jié)點(diǎn)保持賬本的一致性是區(qū)塊鏈的核心問題之一，不同的公有鏈會(huì)采用不同的共識(shí)機(jī)制來解決這一問題，而現(xiàn)有主流共識(shí)機(jī)制的共同點(diǎn)在于他們的目標(biāo)都是能夠隨機(jī)選出出塊者，使其擁有記賬權(quán)并出塊。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

先來回顧一下PoW是怎么做的vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

以比特幣為代表的PoW共識(shí)機(jī)制利用的是哈希函數(shù)計(jì)算的不可預(yù)測性，這種不可預(yù)測性需要礦工不斷地嘗試計(jì)算來解決給定的數(shù)學(xué)問題，計(jì)算正確的概率是完全隨機(jī)的，這為隨機(jī)出塊提供了良好的保證，同時(shí)每個(gè)出塊者都需要付出大量計(jì)算的工作量，這也是PoW（工作量證明）名字的由來。但隨著越來越多的算力參與挖礦，挖出新區(qū)塊要求的算力越來越高，其價(jià)格高昂的挖礦設(shè)備及對電力的大量消耗常為人所詬病。并且，礦工為了收回硬件和電力成本，通常會(huì)將挖出的比特幣立即在交易所賣掉，使得礦工與持幣者身份的重合度并不大，他們之間利益的沖突也對社區(qū)生態(tài)發(fā)展不利。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

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pos機(jī)制的誕生

在PoW機(jī)制下出塊概率與算力量的大小有關(guān)，后來者則嘗試以持幣量代替算力量作為證明的依據(jù)，其研究均指向一個(gè)問題：在不消耗物質(zhì)資源的情況下，我們可以達(dá)到PoW的安全級(jí)別嗎？在2011年P(guān)roof of Stake的概念由一位名為Quantum Mechanic的網(wǎng)友在著名比特幣社區(qū)Bitcointalk論壇首次提出。文章預(yù)見性的提出了很多現(xiàn)在仍在使用的方案，諸如由持幣量代替算力權(quán)重，委托權(quán)益，獎(jiǎng)勵(lì)分配等等。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

第一個(gè)將PoS機(jī)制的思想應(yīng)用在實(shí)際區(qū)塊鏈項(xiàng)目中的是由SunnyKing（網(wǎng)名，其真身同樣神秘）主導(dǎo)設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)幣（Peercoin），自2011年Quantum Mechanic提出PoS到SunnyKing于2012年8月將其實(shí)現(xiàn)經(jīng)歷了一年多的時(shí)間，Peercoin的市值也一度達(dá)到所有加密貨幣市值的第三名，僅次于比特幣和萊特幣，但由于沒有投資支持，也缺乏進(jìn)一步開發(fā)的資源，之后Peercoin的市值一落千丈。在隨后的2013-2015年，未來幣（Nxt）、黑幣（Blackcoin）、影子幣（Shadowcoin）等應(yīng)用PoS機(jī)制的加密貨幣相繼出現(xiàn)，但又都逐漸消失于視野。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

總結(jié)這些項(xiàng)目存在的問題，一是PoS的技術(shù)當(dāng)時(shí)尚未發(fā)展全面，這些項(xiàng)目處于早期探索階段，公鏈運(yùn)行效果未達(dá)預(yù)期；二是沒有設(shè)置好對PoS礦工的激勵(lì)比例，年1%~2%的增發(fā)率不能覆蓋礦工的運(yùn)行成本，除項(xiàng)目剛上線時(shí)幣價(jià)處于上升階段，吸引了大量礦工入場，而后期幣價(jià)穩(wěn)定甚至遭遇熊市而暴跌，礦工看不到收益紛紛離場，公鏈價(jià)值也急劇下跌。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

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委托（delegate）：解決隨機(jī)問題并提升staking比率

文章開頭便提到，共識(shí)機(jī)制的目標(biāo)在于隨機(jī)選出下一位出塊者，而早期的PoS機(jī)制并不能很好地解決這一問題，他們往往以區(qū)塊鏈中一個(gè)隨人行為變動(dòng)的參數(shù)（比如上一區(qū)塊的哈希值）作為隨機(jī)種子，再根據(jù)此隨機(jī)種子生成偽隨機(jī)數(shù)，這使得隨機(jī)數(shù)被預(yù)測甚至操縱成為了可能。2013年12月BM（Daniel Larimer）首次在論壇中談及可以由持幣人按權(quán)益投票選擇出塊人的方式來解決隨機(jī)問題，因?yàn)閰⑴c人數(shù)眾多的投票結(jié)果的確是一個(gè)不可預(yù)測的人行為事件。這種讓持幣人以代幣質(zhì)押、投票的方式將驗(yàn)證區(qū)塊的權(quán)利委托給專業(yè)節(jié)點(diǎn)的機(jī)制，被稱作DPoS（Delegate Proof of Stake）。BM隨后便將其應(yīng)用在了Bitshares項(xiàng)目中，搭建了適用于DPoS架構(gòu)的石墨烯平臺(tái)，這種石墨烯技術(shù)后來成為了DPoS機(jī)制的通用底層，BM隨后的兩個(gè)項(xiàng)目Steemit、EOS，還有LOOM等項(xiàng)目均基于石墨烯平臺(tái)搭建DPoS公鏈。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

EOS、Tron等DPoS公鏈均設(shè)置有固定數(shù)量的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，只有投票數(shù)排名名列前茅而當(dāng)選超級(jí)節(jié)點(diǎn)才能擁有出塊權(quán)，雖然持幣人投票理論上是一種隨機(jī)的過程，但也滋生了拉票、賄選等現(xiàn)象，同時(shí)投票狀態(tài)確定后這一類DPoS公鏈的超級(jí)節(jié)點(diǎn)將按照固定順序輪流出塊，而并非隨機(jī)出塊。這一類公鏈的去中心化程度也因此備受爭議。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

DPoS機(jī)制的另一類發(fā)展方向是保留持幣人質(zhì)押、委托給節(jié)點(diǎn)的機(jī)制內(nèi)核，但是不對節(jié)點(diǎn)的數(shù)量做限制，同時(shí)每次出塊時(shí)依然對節(jié)點(diǎn)按權(quán)益比例做隨機(jī)選擇。像Tezos、Wanchain這樣的新項(xiàng)目，以及Cosmos這樣的熱門項(xiàng)目，成為其節(jié)點(diǎn)需要滿足公鏈設(shè)置的一定的要求，但是對節(jié)點(diǎn)數(shù)量不做限制，一般要求質(zhì)押規(guī)定數(shù)量的代幣并滿足節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)配置即可。由于委托/授權(quán)這種機(jī)制的存在，沒有足夠數(shù)量代幣或缺乏穩(wěn)定運(yùn)行節(jié)點(diǎn)條件的持幣人也可以通過staking參與挖礦并獲得分紅，因此DPoS的機(jī)制極大地提升了全網(wǎng)staking比率，部分公鏈已經(jīng)達(dá)到80%甚至90%以上，這相比于上一時(shí)代的PoS公鏈無疑已有了極大的進(jìn)步，使得公鏈安全性有著極大的提高。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

大部分PoS公鏈均意識(shí)到了staking分紅對持幣者的激勵(lì)效用，因此新項(xiàng)目往往在機(jī)制上就內(nèi)置了嚴(yán)格的分發(fā)比例與分發(fā)規(guī)則，如Tezos以及SunnyKing最新操刀項(xiàng)目V System，而不同于以往DPoS項(xiàng)目中依靠節(jié)點(diǎn)來承諾收益分紅比例。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

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學(xué)術(shù)“奇物”的應(yīng)用：BFT+PoS

拜占庭容錯(cuò)算法（BFT）來源于1982年的拜占庭將軍問題，其本質(zhì)是一個(gè)可妥協(xié)的通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)議的問題，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代只需要解決故障容錯(cuò)，因此BFT算法并無作用，而一直沒有被學(xué)術(shù)界外所知曉，直到中本聰將其設(shè)計(jì)在區(qū)塊鏈方案中。第一次應(yīng)用在PoS公有鏈環(huán)境中則是Jae Kwon提出的Tendermint算法，讓人驚喜的是BFT算法與PoS機(jī)制似乎體現(xiàn)出了極好的相性，BFT容錯(cuò)能給分布式網(wǎng)絡(luò)帶來了可觀的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，并極為強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)一致性，使得區(qū)塊確認(rèn)具有最終的確定性，帶來了較快的區(qū)塊確認(rèn)速度并解決了分叉問題。如果純PoS相比PoW僅僅解決了能源消耗，那么BFT+PoS相比純PoS，就進(jìn)一步解決了PoW的交易確認(rèn)、交易分叉、性能低等問題，帶來的飛躍是不可忽視的。畢竟相比于區(qū)塊鏈短短十年的發(fā)展時(shí)間，BFT算法的安全性研究已經(jīng)過去了30年。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

雖然BFT+PoS混合共識(shí)機(jī)制在2014年被提出，但真正在主流項(xiàng)目上落實(shí)的時(shí)間較晚，2018年EOS在最新版白皮書中對其共識(shí)機(jī)制作出升級(jí)，從DPoS升級(jí)為BFT+DPoS，一個(gè)月后Tezos的類BFT+PoS機(jī)制也上線，同時(shí)以太坊最有可能選擇的PoS機(jī)制――由Vitalik Buterin帶領(lǐng)實(shí)現(xiàn)的CFFG算法，也應(yīng)用了BFT+PoS的思想，而Tendermint的提出者Jae Kwon所創(chuàng)立的Cosmos主網(wǎng)也在2019年上線，另一個(gè)即將上線的跨鏈項(xiàng)目Polkadot的GRANDPA共識(shí)也確認(rèn)為BFT+PoS共識(shí)。雖然落實(shí)時(shí)間較晚，但近兩年應(yīng)用BFT+PoS機(jī)制的項(xiàng)目卻呈現(xiàn)出井噴之勢，且不乏熱門明星項(xiàng)目，因此BFT+PoS共識(shí)機(jī)制預(yù)計(jì)將成為未來幾年內(nèi)的流行機(jī)制。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

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未來的路：更安全，更高效

公鏈的性能主要由安全、高效、去中心化三方面衡量，在共識(shí)機(jī)制升級(jí)之前的EOS被認(rèn)為是犧牲了去中心化程度而提升高效度，也因此有了三方面高性能不可能同時(shí)達(dá)到的“不可能三角”論，但在共識(shí)機(jī)制升級(jí)為BFT+DPoS后，以及其他類BFT+PoS項(xiàng)目上線，DPoS公鏈的去中心化程度逐漸提升，機(jī)制也逐漸完善。未來PoS機(jī)制發(fā)展的重點(diǎn)，將是在保證去中心化的基礎(chǔ)上繼續(xù)提升安全度與高效度。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

安全度主要包括兩方面，一是出塊者選擇的隨機(jī)程度，二是區(qū)塊驗(yàn)證的參與度。雖然DPoS機(jī)制及隨機(jī)數(shù)算法部分解決了隨機(jī)問題，但真隨機(jī)數(shù)生成依然是一個(gè)幾乎不可能完成的挑戰(zhàn)，因此現(xiàn)有的隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)依然常被質(zhì)疑是偽隨機(jī)而存在安全隱患。現(xiàn)在市值第二大的PoS公鏈項(xiàng)目Cardano便致力于解決隨機(jī)數(shù)問題，其創(chuàng)造的Ouroboros共識(shí)算法被認(rèn)為是第一個(gè)具有科學(xué)憑證其安全性的權(quán)益證明協(xié)議。而MIT機(jī)械工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系SilvioMicali教授與合作者提出的Algorand協(xié)議應(yīng)用了一種新的拜占庭共識(shí)協(xié)議，可以證明每一輪參與投票驗(yàn)證人都是隨機(jī)選取，相比以往PoS共識(shí)都更隨機(jī)、不可預(yù)測，也就更難以被操控。這是PoS共識(shí)在隨機(jī)性上的發(fā)展。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

在區(qū)塊驗(yàn)證的參與度上，大部分項(xiàng)目通過高收益率來吸引社群參與staking，部分新項(xiàng)目則在系統(tǒng)與機(jī)制上進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，比如讓投票更加便捷，分紅規(guī)則更加細(xì)致透明。Cosmos則設(shè)計(jì)出全網(wǎng)staking比例低于2/3時(shí)年增發(fā)率達(dá)22%，高于2/3時(shí)年增發(fā)率為7%，以此激勵(lì)持幣者參與staking，最終全網(wǎng)staking比率達(dá)74%，為Cosmos的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

Cosmos代幣價(jià)格及staking年收益率vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

圖表來源：stakingrewardvh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

而在性能上，EOS目前已經(jīng)可以做到500ms出塊一次，且由于不會(huì)分叉，出塊即確認(rèn)，而不是像比特幣一樣需要等6塊也即一小時(shí)才能確認(rèn)交易，性能做到了極大地提升。對于未來的跨鏈生態(tài)，現(xiàn)在的熱門跨鏈項(xiàng)目Cosmos和Polkadot也均應(yīng)用BFT+PoS共識(shí)，作為跨鏈的基礎(chǔ)設(shè)施。PoS項(xiàng)目無疑比PoW項(xiàng)目有著更好的性能表現(xiàn)，且隨著BFT算法、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，性能還會(huì)進(jìn)一步提高。vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】

部分圖片源自網(wǎng)絡(luò)vh6北京銀聯(lián)移動(dòng)POS機(jī)辦理_收銀POS機(jī)_智能pos機(jī)_刷卡機(jī)_收銀系統(tǒng)_個(gè)人POS機(jī)-谷騏科技【官網(wǎng)】