POS:PoS共識中驗證人選舉的隨機方案（上）｜技術云圖

從PoW到PoS共識機制的發展，其中面臨著一個共同的問題「由誰產生區塊」，如何安全高效地維護網絡的運行，我們將利用兩篇章節詳細分析其中面臨的難題，以及目前業界已有的解決方案和PlatON的解決方案。區塊鏈技術因其具有去中心化、不可篡改、可驗證和可追溯性等特性，受到各國政府、金融機構和社會組織等高度重視。而作為區塊鏈中的核心，「共識機制」決定了區塊鏈的安全性、去中心化和可擴展性等重要性質，因此顯得尤為重要。最初比特幣所提出的PoW共識機制，通過算力不斷計算一個難題的解來獲得記賬權，造成資源浪費和低效率，另外各大礦池的算力壟斷也導致其逐漸失去去中心化特性。隨后StakingEconomyPoS共識機制被提出，其讓獲得記賬權和擁有的權益相關，權益的占比和獲得記賬權的概率成正比。在該機制中，通過權益選擇生產者節點和驗證節點，由生產者節點提議區塊，一組驗證節點來對區塊進行共識，以解決PoW機制中資源浪費，低效率等問題。隨機數方案

摩根大通：以太坊轉為PoS共識機制將提高采用度:在近期的一份報告中，摩根大通的兩位分析師表示，以太坊轉為PoS共識機制將提高采用度，因為機構和散戶投資者將利用Staking帶來的高收益。目前所有加密貨幣Staking產生的年收益預估為90億美元，該報告預計，在以太坊轉變為PoS共識機制后，這個數字可達到200億美元，到2025年，所有加密貨幣的年質押收益可以達到400億美元/年。報告還指出，幣價波動率下降和能源消耗下降將成為重要的推動主流用戶采用以太坊的因素。（Crypto Briefing）[2021/7/2 0:23:40]

本質上PoW和PoS都是在解決誰出塊，如何安全高效地對區塊達成共識，以維護一個分布式賬本。為了更好地實現去中心化和安全性，所選取出來的節點需要保證隨機。所以如何獲得一個大家都認同的、安全的、一致的隨機數成為關鍵問題。如果直接用區塊內的數據來產生隨機數，那么出塊節點就可以通過調整區塊內的數據來控制隨機數的生成，優先獲得記賬權，從而達到操控鏈的目的。這將帶來安全性問題，因此基于密碼學的各大方案誕生了。VRF

V神：與ASIC挖礦對抗并不容易，所以PoS權益證明是最好的:今晚V神在王峰十問上表示：ASIC太中心化了，我知道現在比特幣領域里，有一個人生產了市場上的絕大多數ASIC礦機，而且已經開始使用這些礦機進行挖礦了。一些工作量證明（PoW）算法開始抵抗ASIC挖礦，而且是去中心化的。但是今年，我們發現很多抵制ASIC挖礦的加密貨幣都受到了攻擊，這些事件表明，與ASIC挖礦對抗并不是一件容易的事情。所以，不管是對ASIC挖礦友好的工作量證明（PoW），還是抵制ASCI挖礦的工作量證明（PoW），其實看上去效果都不是很好，因此我覺得權益證明（PoS）是最好的。[2018/6/22]

目前有不少團隊使用VRF來生成隨機數對選擇區塊生產者和驗證者進行選擇，每個節點私下利用隨機數和權益秘密抽簽，計算是否達到某個閾值，然后再將節點身份和區塊同時公布，這樣節點就能避免受到攻擊被阻止出塊，因此具有較高級別的安全性。整體方案具備后驗性，但由于其秘密抽簽的性質和每輪投票都更換驗證人，因此需要多級步驟來對區塊達成共識。BLS門限簽名

BitMEX發文質疑以太坊無法過渡至完全PoS 引V神評論反駁:BitMEX今日發布一篇以太坊最新提案的分析，針對使用PoS與PoW的優劣進行了討論，認為以太坊的PoS提案相較于之前的嘗試來說是一大進步，但不認為以太坊能夠減少對PoW的依賴。以太坊創始人V神（Vitalik Buterin）在文章下評論，不同意該觀點，個人認為從混合PoS過渡到完全PoS并不存在太多障礙，資金被盜問題會由部分削減機制解決，Casper FFG的目標在于引導合理共識。[2018/4/11]

還有利用基于BLS門限簽名生成隨機數，通過隨機數選擇區塊的生產者和驗證組完成共識，使用閾值機制創造隨機性解決了關鍵的「最后一個參與者」問題，即該協議中的最后一個參與者知道下一個隨機值并可決定中止協議。但由于其各組成員事先確定，不具后驗證性，缺乏一定的安全性，并且組內人員數量較大，需要保證大部分節點在線，通訊量巨大效率低下。PVSS

驗證人的選取是根據權益占比和概率選擇區塊生產者，而隨機數是利用PVSS，多方協作生成，保證生成的結果既不可預測又不被Abort，并且通過FTS算法依據權益選取節點，整個選取過程隨機并且去中心化，是第一個被工業界采用的學術界提出來的可證明是安全和健壯的PoS算法。VDF

由斯坦福大學密碼學教授DanBoneh等人在其論文Veri?ableDelayFunction中提出，VDF是一個數學函數能保證結果的唯一性和過程的串行性，該函數接受一些輸入參數并且保證計算需要至少一定時間后才能得到結果，驗證者可以根據輸入參數快速驗證結果的正確性。由于VDF的特性可將其應用以增強安全性，例如在多方交互生成數據時或從某個來源獲取數據時，不直接將結果應用而是將結果輸入到VDF中，避免預知和操縱結果。總結

各類實現方案各有千秋，各自從不同角度、不同目標做出不同的解決方案，但最終無論各類隨機選取方案如何實現，它們都應該以保證去中心化、安全性和高性能為最終目標。在下一篇文章中我們將介紹PlatON中驗證人選舉的隨機方案，敬請期待！

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