區塊鏈:DPoS股權委托證明機制

DPoS股權委托證明機制

一個健壯且靈活的一致性共識協議

股權委托證明機制(DelegatedProofofStake,DPOS)是目前最快、最高效、最分布式且最靈活的共識模型。DPOS最大程度的用股東投票權通過一種公平且民主的方式解決共識問題。所有的網絡參數，從費率計劃到區塊間隔及交易大小，可由選舉產生的代表來調整。明確選定區塊生產者使得平均只需1秒就能確認交易。也許最重要的是，共識協議的目的是保護所有參與者不受不必要的監管干擾。

BitShares是一個最早的和最重要的用于跟蹤數字資產的賬本形式的全球分布式數據庫。所有對總帳的變更都必須以適當的順序驗證并寫入數據庫來保持一致性并持續提升共識。變更寫入順序達成共識的過程就是股權委托證明機制。

概覽

任何一致性共識機制必須解決的問題都包括但不限于：

應該由誰產生下一個打包了數據庫變更的區塊？

幣信CEO：POS和DPOS引入治理反而加劇了中心化:幣信CEO吳鋼發微博稱，加密貨幣本身就是要去中心化去許可化，POS和DPOS引入治理，反而加劇了中心化。 而針對網友有關“POW被幾大礦池壟斷已中心化”的評論，吳鋼回應稱，去中心化是一個努力的過程，POW相對于POS來說，絕對是去中心化的。不要因為一些問題，掩蓋了付出的努力和獲得的成果。[2020/3/5]

應該在什么時間產生下一個區塊？

什么交易應被打包進區塊？

對協議的變更如何生效？

應該如何來解決競爭的交易歷史？

目標是要找到這些問題的答案，從而確保達成共識的過程足夠健壯以抵御試圖控制網絡的攻擊。在實踐中，取得控制意味著能夠單方面篡改交易。這個過程也應該足夠健壯來抵御試圖利用不同電腦上短時間內出現數據庫不一致而獲利的攻擊。

由選定見證人來生成區塊

選擇見證人這個詞是因為它是一個不受管制的法律上中立的用語。傳統合同一般有見證人簽字的地方。對于極其重要的合同，有時會用公證人。無論是見證人還是公證人都不是合同的當事人，但他們在證明特定人士在特定時間簽署了合同中扮演了重要角色。在BitShares，見證人在證明交易簽名和時間上，通過將其打包進區塊扮演了類似的角色。

分析 | Cosmos經濟模型相對EOS這類的DPOS共識機制有一定的去中心化優勢:Cosmos主網已于3月14日上線，根據海外研究平臺Evaluape，本次版本上線的亮點是POS共識和相關經濟體系的搭建，可以說是第一條較完整的POS鏈，具體經濟模型相對EOS這類的DPOS共識機制有一定的去中心化優勢。Cosmos設計了一整套激勵獎懲機制保證代幣持有者會加入整個生態中，而不同于EOS中用戶將代幣寄存給超級節點但無法分潤節點收益的情況。一般來說，抵押的代幣越多，驗證人越分散，POS一系的區塊鏈網絡就越為安全，Cosmos的經濟體系會通過代幣的通貨膨脹率來調節代幣價值，而通貨膨脹率通過抵押率來決定，抵押率越高，通貨膨脹率越低，委托人手里的代幣也越值錢。[2019/3/20]

在DPOS中，股權持有者可以選擇任意數量的見證人來生成區塊。每個區塊是一組變更數據庫狀態的交易的集合。每個帳戶允許每股一票選舉見證人，這個過程稱為批準投票。獲票前N名的見證人會被選用。見證人的個數的確定需要至少50%的投票人認為足夠去中心化。在股權持有者設置他們心儀的見證人個數時，也必須投票給至少這個數目的見證人。股權持有者不能超限投票。

現場 | HelloEOS梓岑：PoW和DPoS的爭論 實際是在爭奪“出塊權”:金色財經現場報道，全球區塊鏈開發者大會 GBDC 2018 Day2 會議正在進行，會上HelloEOS創始人梓岑表示，PoW和DPoS的爭論中，實際是在爭奪“出塊權”。在PoW機制下，礦工投入大量算力爭奪出塊權，而DPoS則是以能夠提供的資源貢獻給生態，以獲得投票支持。其生態包括豐富的開發者工具，活躍的社區和多鏈生態。梓岑認為，Dapp需要更好的用戶體驗，更完美的經濟模型，更專業的游戲設計。EOS Dapp第一步已經走出來了，第二步則要看第三方的應用廠商不斷優化的過程。優質 Dapp的共性是完美結合區塊鏈特性，切實解決痛點需求，其中包括：多中心化、不可逆、開放性。[2018/12/17]

見證人每生成一個區塊都會因提供服務而獲得報酬。他們的費率是由股權持有者通過他們選出的委托人設置。如果一個見證人未能生成一個區塊，那么他將得不到報酬，并在將來有可能落選。

活躍見證人的名單每個維護間隔在統計選票是更新一次。然后，這些見證人會隨機排序，根據這個固定順序每2秒有一個見證人獲得生成一個區塊的機會。當所有見證人都獲得了機會后，他們被再次隨機排序。如果某個見證人在他的時間窗口中沒有生成區塊，這個時間窗口將被跳過，下一個見證人來生成下一個區塊。

聲音 | BM：ECAF 并不是 DPoS 的特征:據 IMEOS 報道， EOS 電報群的管理員 Luka 提出：DPoS 機制是否會因 ECAF 而遭受攻擊？

BM 回復說，除非 BP 和投票者給予，否則 ECAF 是沒有權利的。ECAF 也并不是 DPoS 的特征。對于 URI，BM 提到它并沒有停滯，它是更廣泛的解決方案的一部分。[2018/12/11]

任何人都可以通過觀察見證人參與率來監控網絡健康狀況。從歷史上看，BitShares一直保持著99％的見證人參與率。無論何時出現見證人參與率低于一定水平時，網絡的用戶可以延長交易確認時間，并提高對網絡連通性的警惕。這個特性讓BitShares有了獨特的優勢，就是在問題出現1分鐘內便能提醒用戶潛在的風險。

選定委托人進行參數調整

選出委托人的方法和見證人類似。委托人能夠成為一個有著發布網絡參數修改權限的特殊賬號的共同簽名者。這個賬號被稱為創世賬號。這些參數包括交易費、區塊大小、見證人報酬以及區塊的時間間隔等所有內容。當大多數委托人都認可了一個的變更提議后，股權持有者有2周的審核周期，在此期間，他們可以投票罷免委托人從而廢止變更提議。

百人圓桌 鈦云科技鄢傲：DPoS是一種比較符合國情和人性的機制:在金色財經百人圓桌EOS系列問題上，對于“更看好哪一種共識機制？給DPoS機制打多少分（滿分10分）”的問題，鈦云科技/招股科技鄢傲表示：我更看好DPoS，這是一種比較符合國情和人性的機制，沒有絕對的多中心化。一個高效、穩定的網絡一定需要一些強有力的見證者和參與者，出塊節點和備選節點機制可能比較符合政府監管的需求，將來商用的區塊鏈極有可能采取這種方式。首先，機制很環保，其次，能夠加入主權節點用于監管和宏觀管理，符合國情需要。我給9分。[2018/6/20]

選擇這種設計是為了保證委托人從技術角度并沒有任何直接的權力，所有對網絡參數的變更最終都是由股權持有者批準。這樣做是為了保護委托人脫離可能施加在密碼學貨幣經營者或管理員上的管制。在DPOS下，我們可以真正地說，管理權掌握在用戶手中，而不是委托人或見證人。

不同于見證人，委托人沒有報酬。當然，這些參數并不期望被頻繁更改。

技術上創世賬號可以執行任何其他帳戶可以執行的操作，這意味著可以向創世賬號發送資金或指定創世賬號作為仲裁代理。創世帳戶也可同樣用于發行新資產。還有無數個應用中，選定的委托人可以幫助股權持有者完成需要高信任度和責任背書的任務。

規則變更

有時，有必要對網絡進行升級來添加新的功能。在DPOS下，所有更改必須由活躍的股權持有者的準許而觸發。雖然在技術上見證人可以串謀單方面修改軟件，但這么做不符合他們的利益。見證人是基于他們對區塊鏈的中立承諾而被選中。保持中立讓見證人免受他們是網絡的管理者、經理、老板、運營商的指責。見證人僅僅是股權持有者的雇員。

開發人員會去實現他們認為合適的變更，只要這些變更得到股權持有者的批準。這一策略盡可能相同的保護開發者和股權持有者，并確保沒有人能單方面控制網絡的發展方向。

改變規則的閾值和更換51%的選定見證人是相同的。參與選舉見證人的股權持有者越多，改變規則就越難。

從根本上，改變規則取決于網絡上的所有人升級他們的軟件，且沒有什么區塊鏈層面的協議強行規定了變更規則是如何執行的。這意味著，硬分叉式的“漏洞修復”可以在不需要股權持有者投票的情況下推出，只要代碼的行為符合普遍預期。

在實踐中，只有嚴重影響安全的硬分叉應該以這種方式實現。即使是最輕微的修改，開發人員和見證人也應等待股權持有者批準。

雙重支付型攻擊

雙重支付可以隨時發生在區塊鏈重選導致之前包含的交易被排除時。這意味著見證人因互聯網基礎架構的干擾引發了通訊中斷。有了DPOS，因通訊故障帶來可能的雙重支付型攻擊的概率是很低的。

網絡有能力監測其自身的健康狀態，因此可以立即檢測到任何如見證人沒有按時生成區塊這樣的通訊丟失。如果發生這種情況，用戶有必要等超過半數的見證人確認了他們的交易，這可能需要一到兩分鐘。

交易作為工作量證明

網絡上的每筆交易都可選的包含一個最近區塊的哈希值。如果這樣的話，交易的簽署人就可以相確信這個交易不會被包含在任何不包含這個指定的區塊的鏈上。這個過程的一個副作用是，隨著時間的推移，所有的持股人都會直接認定交易歷史的長時間的完整性。

區塊鏈的重組

因為所有的見證者都是被推選的，高度可信任的，被給予了特定的時間區間來生產區塊，很要有機會出現兩個相互競爭鏈的情況。有時候，網絡延遲會組織見證者及時的接受前置區塊。如果這種情況發生的話，下一個見證者會通過在他首先收到的前一個區塊的基礎上構建新區塊的方式來解決這個問題。在有99%見證者參與的情況下，一個交易有99%的幾率被單一的見證者來確認。

雖然系統有足夠的魯棒性對抗區塊鏈的自然重組事件，仍然會有一些潛在的軟件bug，網絡中斷，不稱職甚至是惡意的見證者會生產出多個長于一兩個區塊的競爭鏈條。軟件總是會選擇有參與度最高的見證者生產出來的鏈。一個脫離了網絡的見證者只能在一個回合生產一個區塊，而且起參與度總是會低于網絡中的大多數。任何單一的見證者(或者少數一小撮見證找)沒有任何辦法生產出一個參與度更高的鏈條來。參與度是通過比較期望的生產的區塊數目和實際生產的區塊數目來計算出來的。

最大程度的去中心化

在股權委托證明機制下，所有的持股人都可以影響系統，這種影響直接與持股數目成比例，沒有任何一個持股人可以被排除在外。市場上的很多其他的共識系統都把絕大多數的持股人的的參與排除在外。有很多可選擇的方法可以把持股人排除在外，有些用邀請制的系統；有些使參與的收益小于花費來組織參與。確實有些系統技術上來說允許所有人來參與，但是這些參與在幾個大玩家產生絕大多數區塊的情況下被變得基本可以忽略不計。只有股權委托證明機制保證了區塊生產被分散在絕大多數人中間，并且每個人都有經濟上切實可行的方式來影響這些區塊生產者被選拔的方式。

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