经济激励机制是维持共识正常运转的源动力,本文将深入介绍 Wanchain 星系共识经济激励机制的设计原理、考虑和重要作用。

原文标题:《Wanchain 星系共识探索 05—经济激励机制》
撰文:Wanchain 万维链

在上一篇解读文章中,我们介绍了星系共识的 委托机制,委托机制的设计与应用是为了给少量权益持有者一个参与共识的机会,也是希望表现良好、性能优异的节点可以代表更多的权益发声。我们知道,一个区块链系统本身也是一个节点网络的生态系统,共识是维持生态系统正常运转和发展进步的驱动力,而什么是维持共识正常运转的源动力呢,那就是经济激励机制,本文将深入介绍 Wanchain 星系共识经济激励机制的设计原理、考虑和重要作用。

1 经济激励机制的重要意义

经济激励机制是共识协议设计的核心部分之一,一个合理的经济激励机制之于共识协议就如同共识协议对整个区块链生态系统一样,有着极其重要的意义,它是激励共识节点诚实运转、抑制恶意行为的经济运行体系,是建立在技术基础之上的经济驱动力。

狭义上看,经济激励机制是维持节点运行、保证链安全和链活性的基本保障。

我们知道,对于区块链系统来讲,共识节点负责打包交易、生成区块,承担着链发展延续的重任,是保证链安全的关键,也是维护链活性的主体,所以在共识协议的设计过程中,大量的技术手段被反复研究和实践,核心目的就是要建立一个健康高效的共识运行体系。我们在前面的解读文章中从重要模块组件的角度入手,介绍了共识设计中的思想和原理,在技术上给出了形象具体的解释说明,但站在整个共识设计的外沿我们发现,其中有一个至关重要的问题我们还没有提及,那就是在这样的协议设计下,节点为何要参与其中,是什么驱使节点维护区块链系统呢?这就是共识设计中经济激励机制需要发挥的作用,它为共识节点注入了利益驱动力,让节点在运行共识协议的过程中获得经济奖励,这部分奖励需要覆盖节点维护运行的成本,同时需要有额外部分作为节点的收益,这样节点才可能在参与共识中有利可图,才会有意愿去维护系统的发展运行。一个好的经济激励机制设计,是鼓励共识节点诚实运行的正能量,它会将诚实节点的利益最大化,只有忠于协议的行为才会让节点收益最高,同时令恶意行为成为损害节点利益的原罪,如此从经济环境上营造协议健康运行的良好氛围,让共识节点积极主动的承担起保证链安全和链活性的职责,保障了整个系统的健康发展。

广义上看,经济激励机制是区块链生态运转、承载价值流通的基础支撑。

经济基础决定上层建筑,在整个共识协议的体系之中,经济激励机制起到了支撑性作用。当前,区块链技术正在推动信息互联网向价值互联网转变,以比特币来说,他的出现建立了一个去中心化的价值体系,将价值的定义摆脱中心化的控制,转换成共识意义下的价值存在。我们知道,价值重在流通,只有可以自由流通的价值才有其自身存在的意义,比特币中的经济激励机制是产出价值的源泉,节点通过记账工作获得价值,同时又在记账工作中完成了价值的传递和流通,这就让整个价值体系形成了完整的闭环,拥有了迭代延续的活力。由此可见,经济激励机制是推动区块链生态系统的动力之源,它激励着共识的运转,共识承载着价值的流通,而流通赋予了价值意义,有意义的价值再反补经济激励机制的运行,在这个完整的闭合流程中,经济激励机制既是起点又是中继,是整个价值体系的点火器和助燃剂,起到基础支撑性的作用。

2 经济激励机制需要考虑的几个基本问题

说明了经济激励机制的重要意义,我们知道了一个好的经济激励机制是要鼓励诚实行为、抑制恶意行为,那么在设计中需要考虑哪些基本问题呢?

哪些主体需要被奖励?

显然,我们既然设计共识协议中的经济激励机制,自然是要奖励共识节点,然而在不同的协议设计下,共识节点的范围和外延也并不相同。

以比特币和以太坊为首采用工作量证明(PoW)共识协议的系统里,「挖矿」或者「矿工」是一个耳熟能详的概念,而这些节点之所以被称为「矿工」,是因为他们提供了算力进行 hash 运算,这样的共识中,只有这部分节点为共识做出了贡献,所以他们可以在每个自己提出的区块中给自己发放一定量的奖励,当然后续以太坊共识的开发中为了奖励那些虽然提出了合法区块,但最终却没被选中的区块提出者设定了「叔块」的概念,并给予了少量的奖励,以表示对他们工作的认可,这里不进行详细解释,感兴趣的读者可以参考 V 神的文章 https://blog.ethereum.org/2014/07/11/toward-a-12-second-block-time/

在 Ouroboros 和 Dfinity 等采用权益证明(PoS)共识协议的系统里,参与共识的就不仅仅是提出区块的这些节点了,我们在第 2、3 篇解读文章中都有反复强调,为了在共识协议中引入熵,必须要有一个可信的随机源,而采用某些历史数据的组合运算得到的只能是伪随机源,所以这里就需要有一组节点专门来产生随机数,这些节点的工作也是共识中必不可少的一部分,他们当然也就是需要被奖励的共识主体之一,也就是说,在这种类型的协议中,被奖励的主体有区块提出者和随机数生成者两类节点。

在 EOS 和 Cosmos 等采用拜占庭容错(BFT)共识协议的系统里,参与共识的节点需要为候选区块进行投票,只有获得一定比例投票的区块才会被确认合法,其中候选区块的提出也是由这些共识节点轮流负责或概率性选择进行,所以相对简单的,在这类共识协议中,需要被奖励的主体就是这些负责投票的节点。

奖励来源,如何保证奖励的持续性?

对于奖励的来源,一般分为两种。一种是类似于比特币,在系统运行初始时就设定好了奖励的总额,然后按照分阶段等比例递减的方式释放,在每个区块中自然添加固定数额的奖励,这也是「挖矿」说法的来源;而另一种往往在 PoS 的共识协议中出现,常是由基金会拿出一定量的初始资金用于奖励共识,这部分资金的释放也是采取分阶段等比例递减的方式进行。

显然,我们上面讨论的都是无增发状态下的奖励来源,我们不对增发奖励的情况进行讨论,因为没有依据的增发只会稀释奖励的价值,对整个生态系统的价值体系造成伤害。而上面的两种方式很显然是无增发的,这种情况下,在生态系统建立健全的过程中,价值是在无形之中被提高的,也就维护了价值体系的稳定。然而,我们可以看到,这种奖励是随着时间自然减少的,会不会出现运行时间越久,共识节点积极性越差的情况呢,这就是如何保证奖励的持续性。这个问题在设计中必然是要考虑的,除了调整奖励变动比例和变化周期等参数的方法之外,最重要的是,奖励除了上述固定来源之外,还有每个区块中包含交易的交易费,这些交易费是由交易发起方为共识节点记账工作提供的报酬,随着生态系统的完善、交易的增多、价值的增长,这部分报酬将逐步成为奖励的主体,成为支持共识运行的持续动力。

如何保证奖励的公平性?

谈到奖励的公平性,这是一个很宽泛的概念。我们在星系共识的黄皮书中提到经济激励机制的基本原则,第一条就是贡献越多、奖励越多,这是一个自然合理的要求。举例来说,如果节点参与共识,然而报名之后却什么工作都不做,既不在自己该提出区块时去打包交易构造区块,又不在自己该参与随机数生成的时候去完成信息提交,那么这种懒惰的节点显然就不应该被奖励,否则就是对其他兢兢业业完成工作的共识节点的不公平,所以在进行奖励的时候就要有一个评判的标准,要对节点参与共识的行为有一个评定,这也是我们在星系共识中提出活性系数的概念,依据活性系数,我们为积极完成好工作的节点提供应得的奖励,而那些消极怠工的节点将被扣除部分甚至全部奖励,这样就营造了一个公平合理的良性竞争环境,确保共识协议的健康运行。

如何在经济激励中权衡委托机制?

在上一篇解读文章中我们形象具体的介绍了星系共识中的委托机制,强调了完整的委托机制降低了 PoS 共识参与的门槛,对整个共识的实用性和安全性都具有重要意义。那么对于委托机制中的经济激励该如何设计呢?我们从委托机制的意义入手来思考这个问题,首先它是为了降低共识参与门槛,也就是给少量权益持有者一个参与共识的机会,相当于给自身的权益寻找代理,自己并不运行节点,那么他们就应该给被委托人提供代理的手续费用,所以我们设置了委托费率,这些委托人需要从获得的奖励中拿出一部分给被委托人,作为代理的报酬。同时,我们必须思考另一个问题,当被委托人接受了大量权益委托,这个时候虽然其自身持有的权益并不多,但他在共识中的话语权却很大,举例来说,如果一个被委托人自身只有 10 万的权益,却接受了 100 万的权益委托,那他在协议运行中就代表了 110 万的权益,这就带来了一个很直观的问题:这个被委托人可能愿意冒着自身少量权益受损的代价去做出恶意行为以企图获得更高的收益,这显然是我们不愿意看到的,所以我们在委托机制的激励中设置了「天花板」的概念,直观来讲就是为可接受委托额设置了上限,我们并不直接制止超过上限的委托行为,但是我们从经济激励中添加了控制的元素,简单来说就是,如果一个被委托人自身持有 10 万的权益,我们给他的被委托额度也将是 10 万,这就是「天花板」,在被委托权益值不大于 10 万的情况下,奖励是正常进行的,如果超过了这一额度,那么奖励将被减少,直至被委托值超过 20 万奖励被减少归零,我们希望通过正常的市场行为来调节委托机制的运转,既体现了委托的意义,又控制好安全的风险,在经济激励机制设计中做好对委托机制的权衡。

3 常见的经济激励方式

说明了经济激励机制的重要意义和需要考虑的几个基本问题,我们来讲讲经济激励有哪些常见的方式。一般来讲,经济激励机制常有两种方式,即正向鼓励和反向抑制。

正向鼓励,鼓励的是忠于协议的诚实行为。

这种方式比较直观也好理解,简单来说就是,对于那些按照协议要求严格完成自身工作的行为,我们会通过发放奖励的方式进行支持,例如,在星系共识中,参与并完成每轮随机数生成的 RNP 节点,我们给予相应的奖励,参与并完成秘密信息序列(SMA)共享的 EL 节点,我们给予相应的奖励,在自身负责的 slot 中打包交易提出合法区块的 EL 节点,我们给予相应的奖励,这就是正向的鼓励,是刺激协议良性运行的推动力。

反向抑制,抑制的是不良企图的恶意行为。

这种方式都是出于保证安全性的考虑,希望能够从利益驱动角度消除作恶的动机。抑制的方式往往也有两种,一种是常见的 slash,也就是惩罚,这种方式往往需要有一个监督的体系配合,需要有恶意行为的证据提交,再基于这些证据对节点恶意行为进行制裁,一般是通过扣除节点质押金实现,而怎样鉴定一个恶意行为是这里的难点,目前已经实现的有双签、长程攻击等。另一种抑制方式是降低出现恶意行为节点的收益,也就是我们在先前提到的只有忠于协议的诚实行为才能利益最大化,举例来说,在星系共识中,如果参与随机数生成的节点试图扰乱这一过程,在不同阶段提交不相协调的信息,那么这些信息将被排查出问题而无法上链,在奖励分发的时候,这些节点将得不到奖励,这样就抑制了这种恶意行为的出现,这种抑制方式的设计难点在于如何在奖励清算中去涵盖对恶意行为的考虑并有所体现,这将是一个需要持续深入研究的问题。

4 Galaxy 经济激励机制模型原理

围绕经济激励机制介绍了这么多,最后回到我们的主题,Wanchain 星系共识的经济激励机制,经过诸多考虑和研究,最终星系共识的经济激励机制实现了一个完整的闭环,我们相信将营造出一个良好的共识运行环境。

星系共识的奖励来源是由 Wanchain 基金会提供的 WAN 发行总量的 10%,也就是 210 万 WAN,这部分资金也将分阶段等比例递减,在同一阶段内按 epoch 均分,当然每个 epoch 内所有交易费用也将计入奖励之中,这里并不按区块分发,而是每个 epoch 进行一次结算,交易费用计入奖励总额在 RNP 和 EL 节点间分配,这是基于交易费将逐步成为奖励主体而进行的考虑,以保证所有参与共识节点的利益。我们认为,在共识运行中,RNP 和 EL 节点的作用与贡献是同等重要的,所以每个 epoch 结算中,奖励将在 RNP 和 EL 节点间平均分配,即如果每个节点都诚实运行,完成自身工作,那么获得的收益是相同的。下面我们分 RNP 和 EL 两个主体进行具体介绍,并将委托机制作为单独一部分说明。

RNP 节点的经济激励

前面我们反复强调共识协议中随机数的重要作用,也说明 RNP 节点必然是需要奖励的主体之一。对于 RNP 节点来说,工作逻辑相对清晰,如何鉴定其工作诚实完成也相对容易,首先我们来看 RNP 节点参与随机数生成需要完成的工作:在 DKG1 阶段提交承诺;‚在 DKG2 阶段提交加密数据和 proof;ƒ在 SIGN 阶段提交签名碎片。而这三者是一个完整的过程,只有全部正确参与才算完成了随机数生成的工作,所以对于 RNP 节点来说,只有正确完成上面三项工作才能得到奖励,缺少或错误任何一项都拿不到任何奖励。

一文探索 Wanchain 星系共识—经济激励机制

EL 节点的经济激励

类比于 RNP 节点,我们先梳理 EL 节点需要完成的工作:在 SMA1 阶段提交承诺;‚在 SMA2 阶段提交加密数据和 proof,完成秘密信息序列共享;ƒ在自身负责的 slot 打包交易提出区块。显然可以按照工作内容切分为两部分,前两项为秘密信息序列共享,后一项是生成区块,所以 EL 节点的总体奖励中将拆分为两部分,一部分用于奖励秘密信息序列生成,另一部分用于奖励区块生成。与随机数生成类似,秘密信息序列生成的两个阶段是一个完整的过程,只有全部正确参与才算完成,所以 EL 节点只有正确完成这两阶段工作才能得到这部分奖励,缺少或错误任何一项都拿不到这部分奖励。而对于生成区块的奖励,我们加入了活性系数进行调节,将所有 EL 节点作为一个整体,依据 epoch 内最终区块数和 slot 数的比例均分这一部分奖励,群体活性越高,完成工作越好,得到的奖励越多,促进链的高质量生长。

一文探索 Wanchain 星系共识—经济激励机制

委托机制

前面已经提到,在委托机制中,委托人需要从奖励中依照委托费率的比例拿出一部分交给被委托人作为报酬,剩余部分作为委托人参与共识的收益,而两者的奖励都受到被委托人当前接受委托值和接受委托上限的影响,当接受委托值超过上限,两者的奖励都将减少,直至最终归零。

一文探索 Wanchain 星系共识—经济激励机制

6 月 26 日,Wanchain 发布了星系共识 Beta 版,同时首次推出了官方轻节点钱包,[点此] 获取更多发布内容。

来源链接:mp.weixin.qq.com