Orbs 研究部总监浅谈权益证明:共识机制将何去何从

elisa   |     |   285 次阅读

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-Marina Rudinsky 绘-

权益证明对加密货币和区块链的影响如何日益深远?实现权益证明仍需解决哪些问题?我将撰写一系列文章阐述这两个问题,本文是该系列的开篇。点击下方视频链接,可观看我于 2018 年 6 月 11 日在区块链学会上演讲。欲知详情,请阅读文本。

https://www.youtube.com/watch?v=Ha4Tt8RYYow
-David 在区块链学会上介绍新一代权益证明的部分-

Vitalik 有言:“在实行权益证明系统的区块链中,凡是持有该系统代币的人都可以参与添加区块并达成共识,且代理人的影响力与他持有的代币数量(或‘权益’)成正比。它相比工作量证明的‘挖矿’模式要高效得多,而且无需依赖高昂的硬件和电力成本就能让区块链运行起来。”
综上,权益证明可称为一种“高效的工作量证明替代方案”,然而基于工作量证明的区块链到底有什么优点?

-David Yakira 在区块链学会上的演讲照片(Gedalyah Reback 摄)-

这取决于对象是谁——矿工 之所以会受到比特币的吸引是因为它就像一场持续进行的博彩活动,每天会分配大约 1800 万美元的奖励(目前出块奖励为 12.5 个比特币,并假设一个比特币价值 1 万美元)。这种前所未有的“彩票”是用 SHA256 计算购买的。工作量证明的一大主要优点是售出的“彩票”越多,网络就越安全。

安全性具体指的是哪方面?安全性指的是能够保持在一组开放的参与者之间就某一状态达成的共识。比特币利用这一安全性实现了点对点货币——达成共识的状态是 UTXO 集,用户可以通过一组有限的操作加以改变。以太坊更为通用,因为它用的是(近乎)图灵完备的脚本语言更新通用状态。

用户 的角度来说,我们喜欢比特币的原因是它能作为另一种价值存储的替代方案。这种替代方案的主要特殊之处在于 信任 。在与比特币进行交互之时,用户无需相信某个实体,且整个系统也不会因为单点故障而瘫痪。从基础层面上来说,用户在交易之时不依赖任何中间人,而且“开户”无需经过任何人的许可。只有 获得了密钥的控制权,才能转移账户内的钱。

从较高层次来说,用户在决策过程中是真正占有权重的,能够以某种方式影响网络的发展方向(例如,增加代币的总供应量或是融入新的共识规则或功能)。我个人认为,这个简单的网站很好地展现了比特币的强大——每分钟都有信任比特币网络的人转移价值数十万美元的比特币。

回头再看看 Vitalik 那段话。

权益证明是“一种高效的工作量证明替代方案”,其高效在于能以更低的成本实现安全性。在工作量证明中,网络安全性与单位时间内计算出的毫无意义的哈希的数量挂钩,而计算出的哈希数量又与网络消耗的电力挂钩。

说得更具体一点——比特币网络的当前算力每秒约产出 3500 万兆个哈希。该网络的年耗电量大约为 70 太瓦时——堪比 整个捷克共和国 。权益证明能够在维持同等程度的安全性(以及去中心化或“免信任性”)的情况下减少耗电量。

我们致力于实现一种不依赖外部资源的价值守护系统,其安全性的实现依靠的不是现实世界的能耗,而是系统本身存储的价值。

从某种意义上来说,权益证明系统具有递归性,系统内存储价值的增加,意味着安全性会上升,进而再推动价值的持续增加。

世界上许多顶尖的研究人员和工程师已经投入了大量时间尝试并开发权益证明系统,这体现了它强大的吸引力。然而,也有许多研究人员认为权益证明存在内在缺陷这篇文章就是个很好的例子)。

本文对此不做深入讨论。我想说的仅仅是,比特币和基于工作量证明的共识机制已经让很多人相信基于权益证明的共识机制是很有必要的。此外,通过研究比特币及其独创的工作量证明机制(这一概念首次出现在这篇论文中,用作抵制垃圾邮件的手段,并且被形容为“一种控制共享资源访问权限的通用计算技术”),权益证明的概念由此而生(参见2011 年 7 月发表在比特币论坛上的帖子)。

因此,为了阐明我们开发权益证明系统的目的,首先必须从工作量证明模式中提取几点关键要素加以类比说明。基于工作量证明的区块链可以解释为:

  1. 领袖选举——以无法检测和预测的方式从一组动态的匿名候选人中选举领袖的过程。这是由工作量证明过程的随机性决定的。在这种随机的选举过程中,候选人根据自己投入的工作量获得权重(此处忽略 51% 攻击和自私式挖矿)。此外,选举过程支持 速率控制 机制(以比特币为例,平均每 10 分钟选出一位领袖) 。最后,这种领袖选举过程无需任何通信——找到有效的工作量证明就是获选的凭据。

  2. 链上选举规则——能够让所有参与者就某版历史记录达成共识。这点可以实现是因为获选领袖可以迅速将获选消息通知给整个网络。下一任领袖可以通过哈希链确认上一任领袖的合法身份。从根本上来说,这使得比特币网络可以实现通信同步。

  3. 通过分配新代币的方式激励链上选举规则合并成一个不断发展的公认历史记录。代币分配也是驱使矿工参与挖矿的首要因素之一。

  4. 最后,节点入网方式是安全(且客观的),能够跟进“合法的”历史记录。

换言之,工作量证明遵循的原则是使创建历史记录的成本高昂,并奖励为比特币主要版本的历史记录做贡献的参与者。

在之后的文章中,我们将从首个试行权益证明的系统—— PPCoin 开始,研究它是如何在免除挖矿之需的同时尝试模拟上述几点要素的。

从 PPCoin 的案例研究中,我们将了解权益证明系统设计过程中的难点。确切说来,如何为领袖选举赋予普遍且不可操纵的随机性,如何激励区块生产者(我会将他们称为 权益者 ,权益持有者或验证者)扩展 单一 版本的历史记录,并激励区块生产者定期参与。

最后,我将讨论针对以太坊(迄今第 2 大加密货币)设计的 Casper FFG 提议。目前为止,这是迈向权益证明最重要的一步——具有以下潜力:

  • 向加密社区(尤其是比特币社区)证明权益证明的优点

  • 增强以太坊网络的韧性

  • 实现扩容 分片这两大解决方案

也许,这会反过来证明权益证明只是空谈。再悲观一点 ,如果设计不当,还有可能摧毁代币,让无辜的权益者蒙受损失,降低系统的公信力。

无论是何种情况,对于一个(截至 2018 年 5 月)价值约 600 亿美元的系统来说,这的确是一次大胆的尝试。

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原文链接: https://medium.com/orbs-network/on-stake-and-consensus-a05e52daa496
作者: David Yakira
翻译 & 校对: 闵敏 & Elisa

 
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