本文仅对一些代表性项目混合共识算法进行简要分析。

原文标题:《Qtum 研究院:混合共识算法与经济模型详解》

免责声明:该文仅代表研究人员个人观点,不代表 Qtum 量子链基金会立场

背景

共识机制是分布式系统为达成状态一致性所采用的协议,是所有分布式系统的基础。区块链领域,联盟链常采用 BFT (拜占庭容错),pBFT (实用拜占庭容错)等传统分布式系统中常用的共识机制;而公链项目多采用 PoW, PoS 等中本聪共识(Nakamoto Consenus)。

BFT,pBFT 等共识机制 的共识过程快,且一旦共识达成就不可再进行更改,因此不会分叉。但这类共识节点间需要复杂的通信,适用于节点较少且组成稳定的 Permissioned 系统。

中本聪共识是从比特币的共识机制中抽象出的一套共识体系,基本原理是节点通过提供某种证明来获取创建新区块的权利,同时任何节点都很容易对该证明的真实性进行验证,从而对新区块达成共识。这里的证明可以针对工作量、权益、服务等,对应的共识机制为 PoW (工作量证明),PoS (权益证明),PoSe (服务证明)等等。具体原理可参考文献 [1]。

中本聪共识引入了最长链法则和经济激励机制,使节点之间可以通过简单通信,达成共识 [2]。中本聪共识具有较强的稳定性,不需要对加入的节点进行筛选,适用于非许可(Permissionless)分布式系统。但中本聪共识分叉的可能性较高,且共识过程相对较慢。

混合共识机制

为了结合上述两类共识机制的优点,一些项目提出了对两者进行结合的混合共识机制。如 Cosmos[3], Polkadot[4],Algorand[5] 等项目将 PoS (或 DPoS) 与 BFT 进行结合,在尽量保持网络开放性的同时,降低分叉的可能性,提升共识效率。

同时,不同种类的中本聪共识也存在各自的不足。如 PoW 的矿工权力过大,占有大量算力的矿工有可能发起 51% 攻击,矿工进行「硬分叉」有可能导致社区的分裂。而 PoS 共识则面临 nothing-at-stake 等问题,同时因为没有运营成本,导致大量新产生的币被长期持有,流通量不足。另外,仅采用一种共识时系统往往无法提供除转账外更加复杂的服务。因此,一些项目提出了结合不同中本聪共识的混合共识机制,旨在结合不同共识的优点。如 Decred[6] 的 PoW+PoS 共识机制,Dash[7] 的 PoW + PoSe 共识机制等。

本文将介绍几种典型混合共识机制的算法模型与经济模型,并分析其优缺点。

典型混合共识项目剖析

01 Decred: PoW + PoS

共识算法

Decred 项目采用了 PoW + PoS 混合共识机制。系统的参与者包括 :

矿工节点:区块的生产者,打包交易,进行 PoW 挖矿
验证节点:即 PoS Validator,通过投票验证 PoW 矿工提交的区块,同时参与治理过程
开发者:对 Decred 开源代码进行维护,获得项目预留基金的奖励
普通用户:使用 Decred 网络,收发交易

PoW 挖矿

Decred 的 PoW 挖矿过程和比特币基本一致,仅对挖矿算法进行修改(Decred 的挖矿算法采用了和比特币不同的哈希函数 -- BLAKE-256),具体原理参考 [8]。与比特币不同之处在于:

  • 矿工创建的区块需要提交给验证节点进行投票验证才能最终被确认
  • 即使区块确认,矿工也只获得部分奖励,其余奖励由验证节点和项目基金获得

PoS 投票

Decred 网络中的 PoS 验证节点可以进行以下投票:

  • 投票决定是否接受矿工提交的区块
  • 投票决定是否通过某些共识相关的升级
  • 投票决定项目预留基金的去向

成为 PoS 验证节点的条件是通过质押(锁定) DCR (Decred 原生币)获取 Ticket,再通过 Ticket 进行投票。Ticket 的价格会动态调整,确保总的 Ticket 数量大致保持恒定。节点通过质押获取 Ticket 时还需要支付一定的 Ticket 手续费,作为矿工将对应的 Ticket 打包进区块的奖励,只有被打包进区块的 Ticket 才能进入 Ticket 池,之后才有可能被选为验证节点。Decred 中 Ticket 的获取和销毁的过程在 [9] 中有详细阐述。

对新区块进行投票

当矿工节点挖到一个符合难度要求的区块,Decred 网络会从当前 Ticket 池中随机选择 5 张 Ticket 对该区块进行投票验证,Ticket 被随机选中的概率符合泊松分布。当超过 3 张 Ticket 验证通过时,区块才会被接受。

对新共识提案进行投票

验证节点还可对共识升级提案进行投票,只有超过 75% 的 Ticket 投票通过时,升级才会被触发。基本过程为:

  1. 开发者提出升级提案
  2. 开发者发布包含该升级的软件版本(但还无法触发)
  3. 绝大部分矿工节点(95%)和验证节点(75%)需要升级到指定的软件版本,才可开始投票
  4. 经过 8064 个区块的投票(每个区块 5 票,这样理论上可以覆盖整个 Ticket 池),当获得超过 75% 的同意票时,升级才会被触发
  5. 若提案通过,则触发升级;若不通过,保持原状

投票决定项目预留基金的归属

Decred 的区块奖励中的 10% 将作为项目预留基金。用户可以支付少量的 DCR 在 Politeia 平台上发起对应提案,将预留基金的部分用于特殊的用户,如支持生态中某个开源项目等。Ticket 的持有者(验证节点)可以对提案进行投票,决定提案是否通过。其步骤和上述提案投票过程基本相同。

经济模型

Decred 的原生代币为 DCR,所有 DCR 都通过新区块奖励产生。DCR 采用通缩模型,创世块奖励为 1,680,000 DCR (预挖),初始区块奖励为 22 DCR,且每隔 6144 个区块(区块间隔约 5 分钟)减少为上一区块奖励的 100/101,总量固定,约为 2100 万 DCR,预计在 2120 年全部挖出。

DCR 和 BTC 类似,在 Decred 系统中可以用于发送交易和支付手续费。同时 DCR 可以在二级市场上流通。

除创世区块外,所有区块奖励均按如下方式分配:

  • PoW 矿工(区块生产者)获得 60%
  • 被选中的 PoS Validator 获得 30%(每个区块有 5 个验证节点,每个获得 6%)
  • 10% 奖励作为项目奖励基金

除 DCR 外,Decred 系统中还有一种名为 Ticket 的 Token,Ticket 仅可通过质押(锁定) DCR 来获得。质押本身没有成本,但需要支付一定买 Ticket 的手续费(用 DCR 支付,作为区块奖励)。每张 Ticket 的价格每隔 144 个区块会进行动态调整,使 Ticket 池中可用的 Ticket 数保持在 40,960 张。Ticket 在 Decred 系统中仅用于投票,且一旦投票完成、或错过投票、或者过期(如果 40,960 区块内都没被选中,则自动过期),Ticket 都将消失,被质押的 DCR 和奖励的 DCR 将返还给质押者。

Ticket 的获取成本很低(质押,而不是购买),本身无法流通,且无法永久持有,理论上没有什么价值。但其作为参与 PoS 共识及区块治理和项目预留基金分配的凭证,有可能有一定的市场价值,不排除在系统外进行贿选、买票的可能 [10]。

激励机制

矿工(生产者)

  • 通过购买矿机或租用算力进行 PoW 挖矿,期望获得区块奖励
  • 为保证收益,矿工会继续升级矿机或租用更多算力,同时确保了网络安全
  • 网络中每笔交易(包括生成 Ticket 的交易)都包含手续费,矿工会打包尽量多的交易以获得更多区块奖励
  • 矿工提交的区块需要通过 PoS 验证才能被确认,因此除非 PoW 矿工同时掌握大部分的 PoS Validator,即使具有大量算力的矿工也很难发动 51% 攻击,攻击动机较一般 PoW 网络更弱
  • 进行攻击行为会被验证节点列入黑名单,作恶动机弱
  • 为支付运营成本,矿工倾向于卖出挖矿所得,为 DCR 提供流动性

PoS 验证节点(生产者 & 消费者)

  • 通过质押 DCR 获得 Ticket 进行投票,成功投票可获得 30% 的区块奖励
  • 区块被拒绝将没有激励,但可以保证网络安全,与自身利益一致
  • 参与治理本身没有激励,但参与投票与自身利益一致
  • 为获得更多投票机会,验证节点倾向于锁定更多 DCR 换取 Ticket

开发者(消费者)

  • 初始预挖了 1,680,000 DCR,有升值预期
  • 每个区块的 10% 的作为预留基金,对社区有贡献的开发者有机会获得

普通用户(消费者)

  • 在 Decred 网络中使用 DCR 进行交易
  • 普通用户质押 DCR 获得 Ticket,也可成为验证节点获取收益
  • 在二级市场买卖 DCR 获取收益

挖矿为整个系统提供了经济基础,保证网络安全性,保证了 DCR 的流通性。质押 DCR 实现了锁仓,有助于二级市场价格的稳定。投票和预留基金使项目更接近于 DAO (分布式匿名组织)的形式运营,开发者通过激励参与到项目维护之中。

小结

Decred 采用了 PoW+PoS 混合共识机制,类似机制在 Sero,HyperPay 等项目中也被使用。与普通 PoW 共识相比,PoS 验证节点制约了 PoW 矿工的权利,使其无法发起「双花」攻击。同时,和纯粹的 PoS 共识相比,由于大部分区块奖励仍由矿工获得,处于现金流考虑,矿工倾向于卖出挖矿收益,因此保证了系统中币的流通性。纯 PoS 共识的另一个问题是 noting-at-stake[15],很大原因在于 Staker 获得所有奖励,且成本太低。而在这个混合共识中,PoS 验证者获得的收益变少,在一定程度上缓解了 nothing-at-stake 问题。

然而,该共识也存在一定弊端,实际上 PoS 验证节点控制了整个网络,他们可以拒绝正常的区块,且不需要太高的成本。虽然 Ticket 数量很多,但实际上极有可能被少数大户持有,使网络实际被大户所控制。另外,受限于 PoW,其 TPS 往往不高,因此不适用于需要高性能的系统。

02 Dash: PoW + PoSe

共识算法

Dash 采用了 PoW + PoSe 混合共识机制。系统的参与者包括 :

矿工节点:区块的生产者,打包交易,进行 PoW 挖矿
Masternode:全节点,可提供即时交易、隐私交易等附加服务
开发者:对 Dash 开源代码进行维护
普通节点:非全节点,可使用 Dash 网络,收发交易

PoW 挖矿

Dash 的 PoW 挖矿过程和比特币基本一致,仅对挖矿算法进行修改(Dash 采用了名为 x11 的挖矿算法,实际是 11 种哈希函数的组合),具体可以参考 [7]。与比特币不同之处在于:

  • 矿工只能获得部分区块奖励,其余将作为 Masternode 奖励和项目预留
  • Masternode 有权拒绝矿工产生的区块

Masternode

Masternode 是 Dash 网络中最重要的参与者。成为 Masternode 的条件:

  • 证明 1000 DASH 币的所有权(相当于锁定,但币仍可以使用,一旦币被使用,将从 Masternode 列表中移除)
  • 运行 Dash 全节点
  • 一台运行 Linux 的服务器,上面运行 Masternode 相关的软件:
    (1)服务器要求有较高的硬件配置:推荐 1 核 2GHz,4G RAM,60G 硬盘
    (2)服务器必须有公网 IP

只要满足上述条件,节点即可发送一笔特殊的交易 ProRegTx,在链上注册成为 Masternode。所有 Masternodes 都被添加到 Masternode list 中,列表顺序由链上注册顺序(区块高度)以及 ProRegTx 交易的哈希唯一确定,在所有 Masternode 中达成共识。

与普通节点相比,Masternode 可以提供一些附加服务:

1、即时交易 InstantSend:

  • 对于符合特定要求的交易可以立刻确认,不需要等待多个确认,即时交易不能被双花
  • 即时交易需要满足的条件:
     (1)交易的所有输入都被 InstantSend 脚本锁定

     (2)所花费的 UTXO 包含在有 ChainLock 的区块中

     (3)所有输入本身至少包含 6 个以上区块确认

2、区块锁定 ChainLocks

  • 由 300-400 个 Masternodes 组成的委员会达成一致意见,锁定某一区块
  • 区块被锁定后,在同一高度不允许再被分叉,即不可能再进行 51% 攻击
  • 如果开启了 InstantSend 功能,则区块中所有交易都必须被 InstantSend 锁定后,才能进行区块锁定

3、隐私交易 PrivateSend

  • 隐私交易的原理是混币(Coin-mixing)[12]
  • PrivateSend 本身不收费,但每一笔交易都要支付一定的抵押款(Collateral,以 DASH 计), 抵押款有十分之一的几率被收做手续费
  • 在混币过程中若发起方没有及时响应混币相关的信息交互,也有 ⅔ 的可能被没收抵押款(作为手续费)

4、治理

  • Masternode 对提案进行投票,完成治理过程

服务证明 Proof of Service (PoSe)

Dash 中的 PoSe 机制通过一套评分系统证明 Masternode 是否提供了服务:

  • PoSe 评分系统基于分布式签名生成(Distributed Key Generation,DKG)过程,该过程需要在 Masternode 之间进行通信
  • 通过执行 DKG 可以产生对系统长期提供服务的 Masternode Quorum,称为 LLMQ (Long-Living Masternode Quorums),其主要任务是对共识相关的信息进行多重签名(如 InstantSend 交易,区块锁定等)
  • Masternode 的初始分数为 0,分数一旦超过 Masernode 列表中 Masternode 的总数,则 masternode 将被视为没有提供服务,从列表中移除(需要重新申请成为 Masternode):
         (1)在 LLMQ DKG 过程中如果没有参与,将增加 66% 的分数(说明在短时间内连续两次不参加 DKG 则会被视为无法提供服务)

          (2) Dash 主链每增加一个区块,每个 Masternode 的分数都会减少 1

通过 PoSe 证明提供了相应服务的 Masternode 将得到奖励,而无法提供服务的 Masternode 将会被移除。

经济模型

Dash 的原生代币为 DASH:

  • 全部通过挖矿产生(团队有预挖,主网上线前 2 天,总计约 190 万 DASH 被挖出,约占总供应量的 10% 以上,备受争议 [17])
  • Dash 的区块奖励算法经几次更改,截止到 2019 年 6 月,区块奖励为 3.11 DASH (另有 10% 作为团队预留),奖励每隔 210240 个区块(约 382 天)减少 7.14%
  • 区块间隔约为 2.5 分钟
  • 最大供应量约为 18,921,005 DASH

每个区块奖励的分配如下:

  • 成功创建区块的矿工获得 45%
  • 参与 PoSe 的 Masternode 获得 45%(每个区块只有一个 Masternode 参与)
  • 10% 奖励作为预留基金(按月发放)

经济激励

矿工(生产者)

  • 和普通 PoW 矿工一致,购买矿机、算力,打包区块,获取区块奖励
  • 矿工创建的区块要经过 Masternode 的认证,故较难发起攻击
  • Masternode 可以锁定区块,无法分叉,故矿工一般无法发动 51% 攻击
  • 为支付运营成本,矿工倾向于卖出挖矿所得,提供流动性

Masternode (生产者 & 消费者):

  • 锁定 1000 DASH 并参与 PoSe,保持在线,获取区块奖励
  • 有一定运营服务费的成本,有可能卖出奖励,但质押的 1000 DASH 一般不会轻易使用,相当于锁仓
  • 参与 InstantSend,PrivateSend 等服务,获取对应奖励
  • 参与治理,本身没有奖励,但不参与会被惩罚(从 Masternode 列表中移除)

开发者(消费者)

  • 预挖了部分 DASH,维护项目,有上涨预期
  • 预留的 10% 挖矿奖励大概率由开发团队获得

普通用户(消费者)

  • 收发普通交易 , 二级市场买卖
  • 收发即时交易,隐私交易等,满足特殊需求
  • 可通过质押 1000 DASH 成为 Masternode

PoW 矿工和 Masternode 共同保证了网络的安全性。同时,由于 Masternode 有较强的激励,可以促使更多的节点提供 Masernode 的服务。通过进一步优化激励模型,未来 Dash 的 Masternode 可能支持更多更复杂的服务。团队预留的 DASH 也为未来项目的长期发展提供了保障。

小结

Dash 是最早引入 Masternode 概念的项目之一。时至今日类似的含 Masternode 项目已经越来越多,详见 [11]。与纯粹的 PoW 共识机制相比,Masternode 的引入在一定程度上制约了矿工滥用权力,提高了区块链的最终确定性,降低了分叉和 51% 攻击 的可能性。另一方面,通过引入 PoSe, 可以激励 Masternode 提供除常规交易之外的服务,增加系统的多样性。

这类混合共识的最大问题在于 Masternode 的权利往往过大,比如 DASH 大户可以同时拥有多个 Masternode。当大部分 Masternode 被小部分人掌握,网络会趋向中心化。另外,受制于 PoW,其 TPS 仍然是较大瓶颈。

03 Komodo: PoW + dPoW

共识算法

Komodo 在普通 PoW 的基础上,增加了一种名为延迟 PoW (delayed Proof of Work,dPoW) 的安全机制,试图利用比特币等较安全的 PoW 项目的算力来保证 Komodo 以及相关资产的安全性。dPoW 可以作为任何基于 UTXO 的链的二层共识。

Komodo 系统的参与者包括:

矿工:进行普通的 PoW 挖矿
公证人(Notary)节点:运行多个链的全节点(包括比特币全节点,Komodo 全节点等),在比特币网络上对区块进行公证,同时也参与 Komodo 挖矿
普通用户:KMD 币的持有者,可参与 Staking (注意,这里并不是 PoS,而是类似锁仓激励)

Komodo 中的矿工和普通 PoW 项目中矿工行为基本一致(挖矿算法为 EquiHash),不同之处在于 Komodo 的普通矿工仅有 25% 的几率挖到区块,其他区块大部分由公证人节点创建。

dPoW 安全机制

Komodo 系统中存在 64 个公证人节点,他们是 dPoW 安全机制的实际运行者。其中:

  • 4 个公证人节点为开发者预留,永久有效
  • 其余 60 个 由 KMD 币的持有者投票产生:
   (1)在每年提供公证服务排名前 30 的节点将自动当选为下一期公证人节点(即完成最多 Komodo 到 Bitcoin 映射的

    (2)其余 30 节点将重新投票产生
  • 所有公证人节点需要同时运行比特币全节点、Komodo 全节点,以及所有要保护的链的全节点(目前有 40 多个),因此对硬件配置要求较高

公证人节点的主要工作是完成 Komodo 链到 Bitcoin 链的公证(相当于在 Bitcoin 上写入 Komodo 的检查点),确保 Komomo 主链的安全性。也可以将其他资产的检查点写到 Komodo 链上,过程和 Komodo 到 Bitcoin 的公证一致。

公证人节点的工作流程简要描述如下:

  • 首先运行所有全节点(包括比特币,Komodo 等),并同步到最新区块
  • 用同一个私钥在所有链上生成一组地址
  • 和其他 63 个公证人节点保持连接和通信
  • 开始 dPoW 公证流程:
    (1)根据预先设定的规则,所有公证人节点可以提议需要公证的 Komodo 链上的某个区块
    (2)从 64 个公证人节点中选择 13 个,所有公证人的地址将会按顺序存在一个列表中,公证人程序按顺序选取前 13 个可连接的公证人节点,若不可连接将被跳过,被选中后节点地址将会被移到列表末尾
    (3)被选出的 13 个公证人各自签名一笔有 13 个输入的比特币交易(如 [13]),该交易的其中一个输出为上述要公证的区块的哈希值(通过 OP_RETURN 实现)
    (4)待比特币网络上交易确认后,公证人节点会构造一笔类似的 Komodo 交易,其中一个输出为上述包含了公证区块哈希的比特币交易哈希(也通过 OP_RETURN 实现)
    (5)该交易被确认后,Komodo 网络上所有节点都可以确定比特币网络上 Komodo 链的检查点
    (6)上述过程不断重复(每 10 分钟一次),同时也可以适用于其他用 dPoW 确保安全的链

通过上述 dPoW 和公证人节点机制,相当于 Komodo 网络在比特币网络上设置了多个检查点,在比特币网络上被公证的区块将不可撤销,因此几乎不存在 51% 攻击的可能。

Komodo 中的 Staking

Komodo 网络中的 Staking 和共识无关,其更类似于锁仓激励。KMD 的持有者通过锁定代币,将获得一定的 KMD 奖励 [14]。

经济模型

Komodo 的原生代币为 KMD,总量为 2 亿,按如下方式分配:

  • 初始的 ICO 分配了 2000 万 KMD
  • 早期的 BTCD 币持有者通过兑换获得了 7000 万 KMD
  • 团队预留 1000 万作为运营成本
  • 剩余 1 亿 KMD 中
  (1) 22% 左右用于奖励矿工,作为挖矿奖励,区块间隔为 1 分钟,每个区块奖励为 3 KMD

  (2) 78% 左右用于奖励 Staking,Staking 的年化收益约为 5%

挖矿和 Staking 的奖励都是线性释放,将在 2031 年左右达到总供应量上限,之后不再有奖励。

特别地,对于 KMD PoW 挖矿,普通矿工只有 25% 的概率挖到区块。而公证人节点由于提供了 dPoW 安全服务,将会以更低的难度挖到区块。据统计,大约 75% 的区块被公证人节点挖到。挖矿奖励完全由挖到区块的矿工或公正人节点获得。

经济激励

普通矿工(生产者)

  • 和普通 PoW 项目矿工一致,购买矿机、算力,打包区块,获取区块奖励
  • 由于公证人节点的存在,普通矿工一般无法发动 51% 攻击
  • 为支付运营成本,普通矿工倾向于卖出挖矿所得

公证人节点(生产者)

  • 为 Komodo 链提供区块公证服务,从而可以以较低的难度挖到区块,获得区块奖励
  • 提供好的服务才能连任公证人,激励其按照 dPoW 规则完成区块公证
  • 公证人本身不需要质押任何 KMD,且服务器配置要求高,为支付运营成本,公证人节点也倾向于卖出挖矿所得

KMD 持有者(消费者)

  • 通过锁定 KMD 可以获取 Staking 奖励,相当于锁仓
  • 收发普通交易,二级市场买卖等
  • 还可以对公证人节点进行选举

小结

Komodo 利用 dPoW 安全机制在比特币区块链上设置多个 Komodo 的检查点,从而提高了 Komodo 网络的安全性。该机制也可以应用到其他链上。Komodo 本质上还是 PoW + Masternode(PoSe) 的模式,虽然团队否认公证人节点是 Masternode,但实际上公证人节点确实通过提供额外的服务获得收益,且具有较大概率成为区块的创建者,在一定程度上控制了整个网络。Komodo 的 Staking 机制实际上是一种锁仓奖励机制,和共识无关。

04 Algorand: PoS + 改进的 BFT

共识算法

Algorand 的共识算法通过 PoS 和 可验证随机函数(VRF)选择区块的生产者和验证者,再通过一种改进的拜占庭协议 BA* 对区块达成共识。

Algorand 中实际只有一种参与者,即 ALGO (ALgorand 原生代币)的持有者,但在不同阶段,持有者会扮演不同的角色:

  • 持有者有可能在某一轮共识中被选为区块生产者(leader)
  • 持有者有可能在某一轮共识中被选为区块验证者
  • 未被选中的持有者

Algorand 的共识算法可简要描述如下:

  • 每一轮共识开始时,所有用户可以通过 VRF 确定自己是否是潜在的区块生产者(leaders),具体方法是检查本轮自己某种签名的哈希值是否小于某个阈值。持币较多的节点被选中的概率较高(PoS)
  • 潜在的生产者(可能有多个)各自创建新区块,并进行广播,同时公布签名,任何节点都可以验证其合法性(这是 VRF 的特性)
  • 用同样的方式从系统中随机选取验证组,对新产生的区块达成共识,每一轮共识分为两个阶段:
   (1)验证组通过分级共识协议(GC),每个验证节点从多个候选区块中选择一个被大多数节点认可的区块(若不存在,验证节点会提议生成空区块)

   (2)验证节点根据自己选择的区块和 GC 共识的结果设定自己的初始状态,继续进行改进的二元拜占庭共识(BBA*),直到达成共识(有可能需要多次循环才能达成共识),共识结果有两种:

        a. 接受 leader 创建的新区块,进入下一轮

        b. 不接受 leader 创建的新区块,将新区块设置为空区块,进入下一轮

最终,每一轮都将通过共识产生一个新区块。关于协议的更多细节可以参考 [5][16],以及《Qtum 研究院:深度解析 Algorand 共识协议》。

经济模型

Algorand 的原生代币为 ALGO,总量为 100 亿。所有 ALGO 在创始块中直接生成,由 Algorand 基金会负责后续的分配。和大多数其他公链项目不同的是,在 Algorand 中,创建区块或验证区块都不会获得任何奖励。

100 亿 ALGO 将在五年内通过如下方式分配 [18]:

  • Algorand 基金会预留 25 亿 ALGO,用作支持项目长期运作(这一部分由基金会在创始块直接获得,而且没有锁定。Algorand 基金会承诺不随意动用这笔资金 [19])
  • 通过拍卖的方式逐步分发 30 亿 ALGO
  • 17.5 亿 ALGO 作为 Staking 的奖励,逐步发放
  • 25 亿作为中继结点的奖励逐步发放
  • 2.5 亿作为社区奖励逐步发放(用于举办各种活动,黑客松等)

经济激励

Algorand 基金会通过分配 ALGO 对系统中各参与者进行激励,其中:

  • 用于拍卖的 ALGO 相当于 ICO,对 ALGO 进行公开售卖。拍卖采用较为新颖的「荷兰式拍卖」[20],在业内引起了极大的关注。并且基金会承诺在 1 年后可以以成交价的 90% 对 ALGO 进行回购,在一定程度上保障了投资者的权益
  • 任何持有超过 1 ALGO 的账户都将获得 Staking 奖励,奖励会在每个区块进行发放,目前的年化收益约为 10%。Algorand 每笔交易都会有少量手续费,这些手续费不会直接发放给用户,而是被 Algorand 基金会回收,当所有 Staking 奖励发完时,这些手续费也将被统一作为 Staking 奖励
  • 在 Algorand 系统中,能够为其他节点提供链接服务的节点被称为中继节点 [21],中继节点将在提供服务期间获得奖励,5 年累计奖励总计 25 亿 ALGO。这一激励将促使更多稳定的中继节点为 Algorand 网络提供连接、转发交易等服务
  • 社区奖励将激励对项目有长远价值的活动

从上述经济模型可以看出,Algorand 基金会在整个经济模型中占据绝对的主导地位,所有 ALGO 都由基金会进行分配,从经济模型的角度看非常中心化。无论是回购、Staking 奖励的总额、中继节点奖励,还是社区奖励,都由 Algorand 基金会决定,存在一定的风险。

小结

Algorand 采用了共识和激励分离的系统设计。共识方面,Algorand 提出了一种新颖的 PoS + BA* 共识机制,在可扩展性、安全性和去中心化这三个方面取得了较好的均衡。但经济模型设计偏中心化,Algorand 基金会权利过大,整个经济模型能否长期正常运行还有待验证。

总结

混合共识机制的主要目的是通过融合其他共识机制,克服已有共识的某些缺点。BFT,pBFT 等经典的共识机制速度快,且几乎不会分叉,Algorand 等项目将其与 PoS 结合,通过一定的设计使其在 Permissionless 环境下部署,实现了两者的结合。另一方面,PoW,PoS 等中本聪共识机制的融合,使更多参与者加入博弈,进一步提升共识的安全性,同时可以提供更多多元化的服务(Masternode),在设计业务复杂的系统时可以考虑采用。本文仅对一些代表性项目进行简要分析,更多混合共识算法及其实现细节可以查阅相关文献。

参考文献

[1]https://medium.com/geoprotocol/evolution-of-consensus-mechanisms-from-classical-methods-to-local-consensus-4e29959ecf9a

[2]https://medium.com/polkadot-network/consensus-and-finality-in-blockchains-21b1f634fd00

[3]https://github.com/tendermint/tendermint

[4]https://wiki.polkadot.network/en/latest/polkadot/learn/consensus/

[5]https://www.algorand.com/resources/white-papers/

[6]https://docs.decred.org/governance/consensus-rule-voting/overview/

[7]https://docs.dash.org/en/stable/masternodes/understanding.html

[8]https://en.wikipedia.org/wiki/Proof_of_work

[9] https://docs.decred.org/proof-of-stake/overview/#ticket-lifecycle

[10] https://sci.smithandcrown.com/research/decred-report

[11] https://masternodes.online/

[12]https://dash-docs.github.io/en/developer-guide#privatesend

[13]https://blockchair.com/bitcoin/transaction/979d23b8d929ccefdb79aabffa2d632f09b292bea71fe1efa4ce467d808ce12d

[14]https://support.komodoplatform.com/support/solutions/articles/29000025304-how-rewards-work-dev-notes-

[15]https://medium.com/coinmonks/understanding-proof-of-stake-the-nothing-at-stake-theory-1f0d71bc027

[16]https://algorandcom.cdn.prismic.io/algorandcom%2F218ddd09-8d6f-42f7-9db9-5cfbc0aedbe5_algorand_agreement.pdf

[17]https://www.dash.org/forum/threads/official-dash-instamine-issue-clarification.7569/

[18] https://algorand.foundation/token-dynamics

[19]https://medium.com/algorand/regarding-algorands-tokens-12f51c25e03b

[20]https://baike.baidu.com/item/%E8%8D%B7%E5%85%B0%E5%BC%8F%E6%8B%8D%E5%8D%96

[21]https://developer.algorand.org/docs/algorand-node-types

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