公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒

分享嘉宾

兰荣坚,兰荣坚是 Harmony 的联合创始人兼 CTO,曾是 Google 搜索基础架构工程师,并担任硅谷最大的区块链社区 ABC 的联合主席,该社区由 500 多个来自 Google、Facebook 和领英的工程师组成。并曾联合创立线上支付平台 Joobali 并任 CTO。在地理时间信息查询及可视化上发表了超过 10 篇学术论文,从 2017 年开始研究去中心化系统及共识算法,曾是美国马里兰大学的 PhD 候选人。

先简单介绍一下我们 Harmony 项目。我们 Harmony 的核心团队有 15 人,工程师团队来自谷歌,亚马逊,苹果,微软等大公司,有数学和安全协议 PHD,毕业于美国名校斯坦福,哈佛,宾夕法尼亚大学等。商务团队也都有连续创业和多年做风投的经验。此外我们还有很多半职的员工,分散在国内和美国,总人数在 20 人,负责周边程序的开发和社区维护等。

Part.1 PoS 机制的设计思路

大家知道,PoS 是今年最热的一个关键词,几乎所有项目都在用 PoS 即抵押证明机制来设计区块链。

PoS 的机制五花八门,但这其中的具体设计思路和原则,却很少有项目总结并分享给大家。今天,我和大家讨论一下 PoS 区块链系统的设计思路,并介绍我们 Harmony 独有的有效权益证明(EPoS)的新 Staking 机制。EPoS 旨在解决权益中心化的问题,同时支持抵押复利和 Delegation。

PoS 的机制设计中最重要的一个问题是如何选择验证人。当前大多数 PoS 区块链都有委员会的概念,委员会是一组有权生产和验证区块的验证者。通常,委员会的席位数量有限(例如,EOS 为 21 个席位,Cosmos 为 100 个席位)。验证人选举的问题,其实就是如何分配有限的席位的问题。从理论上讲,这是在现实世界经济中如何分配有限资源的问题一样。

在我们的经济中,分配有限资源的方式有很多种,举几个例子:1)通过定价或出价,谁出高价谁就能得到;2)按照社会属性的标准,例如头衔和声誉; 3)按时间,例如医院挂号排队,谁愿意花时间排队,谁就可以挂到号;4)或通过随机选择,例如在彩票,或者是汽车牌照的摇号过程。

实际上,在 PoS 系统选择验证人的方法是通过类似的方案来解决的。让我们看一下 PoS 区块链中的一些常见方法:

1. 按抵押金额(Cosmos,Polkadot):在此模型中,抵押代币数量最高的一定数量的验证者将获得有限的席位。这与现实世界中的竞价排名非常相似。2. 随机选择(以太坊 2.0,Tezos):该模型会在所有抵押代币的人中随机选择成为验证者。这个模型通常需要候选人抵押一定数量的代币,例如,以太坊 2.0 至少需要 32 ETH,Tezos 需要至少 10,000 XTZ。3. 基于社会声誉和投票(EOS,Tron):在 EOS 中,有限的 21 个区块生产者由验证者从令牌持有者获得的投票数量决定,这是链下社会声誉标准。

通常,我们认为使用抵押代币的数量作为标准是最有效的方式,因为系统的安全和验证者的实际经济利益挂钩,他们没有动机去损害区块链系统,因为一旦区块链系统出问题,他们抵押的代币也会受到很大损失。

对于随机选择的方案,由于抵押代币的人没法保证每次都能被选中,所以他们需要长期在线等待选中,这样在其中就有很多时间和能源的耗散,并不是很经济有效。

而对于采用投票等链下形式的选举模式,通常会存在不公平和安全性难以保证的问题。

PoS 机制设计中的第二大问题是如何分配区块奖励。通常,PoS 系统会为每个成功验证区块的验证者派发区块奖励,以激励他们参与共识,保证系统的安全。在大多数现有的 PoS 区块链中,验证者所获得区块奖励和他们抵押的代币数量成正比。这种设计存在“富人越富”的问题,通常会导抵押代币的集中化。例如,在 Cosmos 中,排名前 10 位的验证者拥有超过总抵押代币的 50%以上,这会对系统带来中心化风险。

缓解此问题的方法之一,是对所有验证者不论其抵押代币数量多少都给予同等的区块奖励-这是 Polkadot 的抵押模型所提出的方案。给予相等的奖励将推动验证者之间的抵押代币平均分配,因为与小的 Staker 相比,大 staker 会获得较少的回报。尽管如此,其实富者越富的问题并没有完全消除,因为拥有大量 stake 的人仍然可以通过分散代币来充当多个小 staker。因此,“富人致富”的问题还没有得到完全解决,只是在一定程度上得到缓解。

第三种区块奖励分配机制是在以太坊社区经常讨论的 Quadratic Voting,这种办法是让奖励和抵押者代币数量的 Square Root 平方根成正比。这样拥有很多代币的抵押者得不到很大的奖励,拥有很少代币的抵押者也能获得相对多的奖励。

Quadratic Voting 的问题是他的计算逻辑比较不直观,对于一般的用户来说不容易理解,所以虽然被大家一直在讨论,但是没有项目真正用它来做 PoS 的奖励设计。

除了用来激励良好行为的区块奖励机制外,惩罚机制同样重要。那么第三个 PoS 设计问题是如何惩罚作恶者,通常有两种情况需要惩罚,第一种是节点长时间不在线,第二种是双重签名。
不在线的惩罚,是为了保证大部分节点在大部分时间都在线,保证网络的问题定型和共识的达成。而双重签名的惩罚,是为了防止有人恶意生成分叉链,生成分叉链一定会涉及到给分叉链的区块签名的问题,一旦这个签名被发现,那么在主链上,这个人的抵押代币就会被收缴掉。

除了上面讨论的设计因素外,其他更实际一点的因素对于创建受大家欢迎的抵押机制也至关重要的。区块奖励的复利是验证者最大化其回报的重要方法。在此,刚才提到的 Polkadot 的等额奖励的设计就能支持复利了,因为把获得的奖励继续抵押进去不会产生更多回报。

此外,对 Delegation(委托抵押)的支持一直是 PoS 区块链的标准要求,因为它允许普通代币持有者在不充当验证者的情况下进行抵押,在 PoS 设计中支持 delegation 也是至关重要的。

Part.2 Harmony 的 EPoS 设计**

说了这么多关于 PoS 机制的设计思路,下面我介绍一下 Harmony 的 EPoS 设计。

EPoS 全称 Effective Proof-of-Stake,有效抵押证明机制。他是一个非常高效,同时避免抵押中心化,并且支持复利和 Delegation 的机制。

所谓的有效抵押,有区别于实际抵押,实际抵押是 staker 实际抵押的代币数量,而有效抵押是根据实际抵押算出来的一个数值。

公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒
公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒Harmony 的系统可以容纳 1600 个抵押者,如果把他们的实际抵押排序的话,可以得到上面的图示。

有效抵押是根据抵押排序的中位数抵押值所算出来的数据。具体讲,就是中位数抵押值上下 15% 的浮动范围。

如果实际抵押超出了中位数抵押的 15%,那么有效抵押等于中位数1.15;同样,如果实际抵押低于中位数的 15%,那么有效抵押等于中位数0.85。其他情况下,有效抵押等于实际抵押。

EPoS 的设计中,区块奖励和投票权均和有效抵押成正比,和实际抵押没有关系。随着有效抵押的引入,排名较高的验证者实际上会受到经济上的惩罚,而排名较低的验证者则获得额外的奖励。

(黄色区域内的人是相对来说获得了更少的奖励,而绿色区域的人,获得了更多的奖励,蓝色区域的人获得等比于其抵押的奖励)

有效抵押的机制设计就像是一个均衡器(equalizer),促使验证者之间的抵押分布更加均匀,从而避免了赌注集中化。

因为对于黄色区域的人,他们最好的策略是把自己的高于有效抵押上限的代币委托给绿色区域的人。

这样就相当于让财富从富人手里转移到了穷人手里,实现了财富的平均化。

对于实现复利,黄色区域的人可以把奖励委托给绿色区域的人来实现复利。而蓝色和绿色区域的人可以直接把奖励重新抵押进系统,实现复利。

对于普通的代币持有者,他们可以自由选择验证者来委托其代币。一般情况下,他们会选择蓝色和绿色区域的验证者,因为只有委托给他们,才能有更多的回报。

EPoS 机制同时实现了抵押的去中心化,支持了复利和委托的功能,是目前为止市面上最有效,公平,和去中心化的 PoS 模型。公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒这张图是 Cosmos 的抵押者代币排名分布图,可以看到,前 10 名验证者拥有超高的占比,这样不利于财富的平均分配,也不利于系统的去中心化和安全性。

公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒

相比,EPoS 的抵押排序分布,就是更趋于平缓,因为 EPoS 机制会促进抵押的平均分配,让所有人的抵押量等趋近于相似,相似的程度就是在 30% 以内。本文旨在传递行业信息,不构成任何投资建议。文章仅代表作者观点,不代表小雨智媒官方立场。公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒


欢迎大家扫码加社区管理员好友,进入官方微信群,了解 Harmony 最新动向

公链 Staking 设计思路与 Harmony 的 EPoS 有效抵押机制 | 小雨智媒

官网 https://harmony.one/

Harmony 官方渠道:

微信:和梦链 Harmony

新浪微博:https://weibo.com/u/7193960553

中文电报群:https://t.me/harmonycn

英文电报群 : https://t.me/harmony_one

公告电报群:https://t.me/harmony_announcements

技术论坛:https://talk.harmony.one/

GitHub: https://github.com/harmony-one

Discord: https://harmony.one/discord

Twitter: https://twitter.com/harmonyprotocol

Medium: https://medium.com/harmony-one

Gitcoin: https://gitcoin.co/profile/harmony-one

来源链接:mp.weixin.qq.com