計算網絡公鏈 PlatON 雲圖剛剛在舊金山發佈了經濟藍皮書《基於區塊鏈的隱私計算和分佈式經濟基礎設施》,這是 PlatON 繼《一切皆可計算—PlatON·下一代計算架構技術白皮書》後的又一重大發布。

該藍皮書從理論角度系統闡釋了公鏈經濟模型的原理,並宣佈 PlatON 將採用 PPoS+CBFT 模式,以期實現儘可能地降低共識成本,加強公鏈內經濟活動與公鏈支持的經濟活動,即數據和算力流通市場之間的耦合關係,爲 PlatON 內置代幣 Energon 的價值提供支撐,內生地抑制圍繞 PlatON 公鏈的礦池的規模擴張,目的是保證 PlatON 的去中心性和安全性。PlatON 表示後續將發佈共識黃皮書和治理紅皮書。

PlatON 雲圖聚焦區塊鏈和隱私計算技術,搭建高性能、高可用的分佈式經濟基礎設施平臺,進而建立基於區塊鏈的數據和算力流通市場。去年 7 月 19 日,萬向區塊鏈董事長肖風博士親自掛帥,作爲 PlatON 聯合創始人,攜核心團隊在舊金山 Distributed 2018 大會上發佈了 PlatON 的技術白皮書,鏈聞曾做過 現場報道

一年之後,公鏈經濟模型的發佈,標誌着 PlatON 的發展進入新的階段。爲了讓讀者和中國的加密貨幣社區更好了解該項目的經濟模型,鏈聞在 PlatON 經濟藍皮書發佈之後,特提供其中文版本,也歡迎中國加密貨幣社區的朋友批評和指正。

基於區塊鏈的數據和算力流通市場如何運行?PlatON 經濟藍皮書指出方向

以下爲計算網絡公鏈 PlatON 雲圖經濟藍皮書全文:

PlatON 是基於區塊鏈和密碼學技術的、面向未來的隱私計算與分佈式經濟體基礎設施。PlatON 的目標是在保護數據所有權和隱私的前提下促進數據使用權的交易,並基於區塊鏈建立數據和算力流通市場。

PlatON 的定位決定了它在經濟設計上有很多區別於一般公鏈的特點,將直接影響 PlatON 內置 Token —— Energon 的價值。PlatON 社區治理也有很多獨特設計。

本文全面介紹了 PlatON 的經濟設計,共分三部分。第一部分從分佈式經濟體視角梳理公鏈的經濟設計原則。第二部分介紹 PlatON 的經濟設計,包括公鏈內經濟活動以及公鏈支持的經濟活動(即數據和算力流通市場)。第三部分討論 PlatON 的經濟設計對治理機制的影響。

第一部分:公鏈的經濟設計原則

在討論 PlatON 的經濟設計之前,有必要回顧現有公鏈的經濟設計原則。

一、分佈式經濟體及其中基礎設施付費問題

分佈式經濟體的核心是稀缺資源的生產和分配,並且稀缺資源配置通過市場機制而非中心化方式進行。分佈式經濟體由社區自治,經濟活動的基礎設施由社區共建、共享。區塊鏈是分佈式經濟體最重要的「骨架」之一。

與公鏈有關的分佈式經濟體分爲兩層

第一層在公鏈內,參與者主要是 Token 交易發起者、礦工(注:在一些公鏈中,特別是 PoS 型公鏈,礦工也被稱爲驗證者。第二部分介紹 PlatON 共識算法時,使用「驗證節點」叫法,但本部分統一用「礦工」叫法。)和網絡節點(特別是全節點)等。經濟活動主要是 Token 交易發起者發起交易,礦工打包交易、生產區塊並運行共識算法,以及網絡節點同步並存儲分佈式賬本。TPS 指標最爲直接地體現了公鏈內經濟活動效率。本部分討論的就是公鏈內經濟活動。

第二層包括基於公鏈的 DApp、Layer 2 解決方案和 DeFi (開放金融)等,可以統稱爲公鏈支持的經濟活動。第二層的參與者更加多元化。

不管在分佈式經濟體的哪一層,參與者都按照稟賦、偏好和個人選擇形成了勞動分工,並根據市場交易來互通有無。

在與公鏈有關的分佈式經濟體中,最重要的基礎設施是分佈式賬本(可以稱爲分佈式信任基礎設施)。一旦分佈式賬本的安全和效率沒有保障,分佈式經濟體就會陷入低效甚至混亂的狀態。礦工作爲分佈式經濟體的核心參與者,維護分佈式賬本,並承擔一定成本和風險。比如,PoW 礦工需要投資於挖礦硬件設施並支付電費。實際上,挖礦已成爲一個資本密集型行業。雖然 PoS 礦工需要的硬件投資和電力花銷低於礦工,但是這並不意味着 PoS 挖礦沒有成本或風險。在很多 PoS 型公鏈中,礦工需要鎖定一定數量的 Token。鎖定 Token 既意味着暫時放棄 Token 的流動性並承擔 Token 的價格波動風險,也意味着 Token 因存放在熱錢包中而面臨更高安全性風險。

要激勵礦工維護分佈式賬本,就必須補償它們承擔的成本和風險。礦工激勵問題本質上就是如何爲基礎設施付費。

常見做法是「誰使用誰付費」。比如,在比特幣和以太坊中,單位時間內可被打包進公鏈的交易數量非常有限,交易發起者需要提供較高手續費以激勵礦工優先處理自己的交易。這相當於交易發起者用手續費來競拍公鏈內有限的系統資源,是保障礦工利益的重要措施,但在一定程度上犧牲了可拓展性。EOS 系統資源的可拓展性更好。在 EOS 中,礦工處理交易發起者對智能合約的調用時,需要創造一個運行環境 RAM 並消耗一定的 CPU 算力,在將交易打包進區塊並通過網絡同步給其它節點時需要消耗一定的網絡帶寬 NET。

EOS 不對 CPU、RAM 和 NET 這些系統資源設置上限,交易發起者可以通過它們持有的 EOS 獲取,而非經過類似比特幣和以太坊的競拍過程。其中,CPU 和 NET 通過抵押 EOS 獲得或者從其它用戶處租賃,RAM 通過用 EOS 從一個特殊的智能合約處購買。

「誰使用誰付費」能否持續有效激勵礦工,是一個沒有明確答案的問題。
第一、這類收入取決於公鏈內交易活躍程度,這對礦工而言是不穩定且難以準確預測的。
第二、這類收入在數量上是否足以覆蓋礦工承擔的成本和風險?這一點困擾比特幣社區已有相當長的時間。
第三、公平性問題。很多長期持有 Token 的人很少發起公鏈內交易,因此也很少向礦工付手續費。但它們持有 Token 的價值仍然依賴於
礦工提供的分佈式賬本安全性。它們是否在「搭便車」?出塊獎勵有助於緩解「誰使用誰付費」面臨的這三個問題,特別在公鏈發展前期。

二、Token 價值、出塊獎勵和通脹稅

出塊獎勵與「誰使用誰付費」存在一個關鍵不同。「誰使用誰付費」是指已發行的 Token 在交易發起者和礦工之間的再分配,而出塊獎勵是礦工獲得的新發行 Token。在很多區塊鏈文獻中,出塊獎勵被稱爲「通貨膨脹」,但是這個叫法實際上並不準確。

對法定貨幣,通貨膨脹不是指貨幣發行,而是指物價指數(一籃子商品和服務用法定貨幣衡量的價格)持續上漲,但通貨膨脹與貨幣發行之間有着緊密的聯繫。著名經濟學家米爾頓∙弗裏德曼曾指出,通貨膨脹在任何地方都是一種貨幣現象,是過多貨幣追逐有限商品和服務的產物。

對與 Token 有關的分佈式經濟活動,目前還很難定義 Token 計價的物價指數和通貨膨脹。出塊獎勵在經濟學上的核心問題是 Token 增發與 Token 價值之間的關係。

在一般公鏈中,Token 具有雙重經濟屬性(注:需要指出的是,穩定幣、代表區塊鏈外資產的 Token 以及加密貨幣交易所的平臺幣(有定期回購機制)不適用於這一節的分析

第一、支付屬性。Token 可以用於清償區塊鏈有關經濟活動中形成的債權債務關係。
第二、Token 相當於分佈式經濟體的 「入場券」或使用權。在一些 PoS 型公鏈中,Token 還賦予持有者參與社區投票的權利,具有一定的治理權。但總的來說,Token 不像股票和債券等金融證券那樣有明確的收益權。特別是,Token 沒有任何所有權含義,因爲分佈式經濟體不爲任何人或機構所有。

另外,Token 發行一般遵循以下做法:

  1. Token 發行沒有信用背書或以現實資產作爲支撐;
  2. Token 發行完全取決於供給側,與需求側無關;
  3. Token 供給由算法事先確定,是關於時間的確定性函數,與挖礦活躍程度或能源消耗無關。其中,Token 發行總量可以有上限也可以無上限。在 Token 發行總量有上限時,往往引入新發行 Token 隨時間遞減的設計。

對具有上述特徵的 Token,還不存在公認有效的估值方法:

  1. 因爲 Token 發行沒有信用背書或以現實資產作爲支撐,因此其價值不與任何信用主體或現實資產掛鉤;
  2. Token 不像金融證券那樣有未來現金流,因此不適用現金流折現法、套利定價等資產定價方法;
  3. Token 供給與挖礦的能源消耗無關,因此也很難適用成本定價法 (注:在給定時點上,PoW 型公鏈內 Token 的供給由算法事先確定,與有多少算力或能源投入挖礦沒有關係。如果 Token 價格上升,會吸引更多算力投入挖礦,但新發行 Token 的數量並不因此增加,Token 價格不會受到供給側的平抑。因爲更多算力競爭給定數量的新發行 Token,單位 Token 的生產成本增加了。如果 Token 價格下跌,投入挖礦的算力會減少,但新發行 Token 的數量並不因此減少,Token 價格不會受到供給側的支撐。此時,較少算力競爭給定數量的新發行 Token,單位 Token 的生產成本減少了。因此,很難用成本定價法爲 PoW 型公鏈內 Token 定價。PoS 型公鏈內 Token 因爲挖礦消耗的能源很少,就更不適用成本定價法) 。實際上,對 PoW 型公鏈,Token 價格通過礦工的利益最大化行爲決定了有多少算力投入挖礦,是 Token 價格影響挖礦成本,而非相反(本部分第三節會討論這一點)。

儘管如此,我們的研究表明,Token 價值受基本面和流動性因素影響。從長期看,Token 價值主要由基本面決定。在短期,流動性因素對 Token 價值有很強的驅動作用。

一方面,Token 不代表分佈式經濟體的所有權,僅代表使用權。通過類似購買力平價的方法可以證明,Token 價值與分佈式經濟體發展掛鉤。在其它條件不變的情況下,分佈式經濟體規模越大,Token 價值也越高。

直觀理解就是,隨着分佈式經濟體發展,其使用權將變得更珍貴。前文已指出,與區塊鏈有關的分佈式經濟活動分爲公鏈內經濟活動和公鏈支持的經濟活動兩層。Token 價值除了與這兩層經濟活動的總量有關以外,也與它們之間的耦合關係有關(第三部分將詳細討論這一點)。

另一方面,當有更多法定貨幣或其它類型的資金追逐同樣數量的 Token 時,Token 價格就有上漲趨勢,反之則 Token 價格就有下跌趨勢。資金驅動的 Token 價格漲跌幅度還與 Token 二級市場的深度有關。如果有部分 Token 退出流通(比如 Token 被鎖定或用作抵押品),Token 的有效供給會減少,也會支撐 Token 價格。

在 Token 增發瞬間,可以假設基本面和流動性因素都沒有顯著變化,那麼新發行的 Token 就會稀釋原有 Token 的價值。這個效應類似於在法定貨幣領域,如果經濟基本面不變,貨幣發行引發通貨膨脹,存量貨幣的購買力被稀釋。類似地,可以稱 Token 增發對原有 Token 價值的稀釋爲通脹稅。一方面,通脹稅的高低與 Token 增發速度掛鉤,並由原有 Token 持有者按它們持有 Token 的數量來分擔。另一方面,通脹稅通過轉移支付,以出塊獎勵的方式由礦工享有。值得注意的是,這個機制在沒有中央協調的情況下運行。

與「誰使用誰付費」相比,通脹稅對礦工是更穩定的收入來源。長期持有 Token 的人通過分擔通脹稅也向礦工付費,從而「搭便車」問題得以緩解。如果將礦工羣體視爲新的 Token 持有者,那麼 Token 增發本質上是將財富從原有 Token 持有者轉移給新的 Token 持有者。因此,在短期,Token 增發主要是財富再分配;在長期,新老 Token 持有者的利益都綁定在 Token 價值上升上。

三、信任基礎、共識算法和共識成本

公鏈的核心是共識算法,共識算法有兩個關鍵點:

一是 Token 增發;
二是分佈式賬本的記賬權分配。

如果說 Token 增發主要爲了獎勵礦工對維護分佈式賬本所做的貢獻,那麼記賬權分配主要爲防範作惡礦工對分佈式賬本的破壞。接下來,我們從信任基礎角度給出共識算法的一個經濟學分析框架。

1. PoW —— 基於技術的信任

在 PoW 型公鏈中,礦工不需要持有 Token,只需要配備硬件設施並消耗電能。理論上,礦工在挖出 Token 後可以很快將其出售。礦工對 PoW 型公鏈的風險敞口主要來自 Token 價格下跌對其擁有的礦機價值的影響。但如果礦機是通用型的(比如 GPU),即使 Token 價格下跌,礦工仍可以將礦機轉作其它用途(比如遊戲),因此礦工對 PoW 型公鏈的風險敞口不大。只有在礦機是專用型時(比如 ASIC),礦工才與 PoW 型公鏈有深度利益綁定關係。

PoW 挖礦是尋找滿足 SHA256 哈希加密問題的隨機數 Nonce。對這個問題,目前除了窮舉法以外,沒有更好的解決方法。挖礦過程與礦工的鏈外身份或信用無關,完全取決於它控制的算力。礦工控制的算力越大,在同樣時間內完成的計算越多,就越能領先於其它礦工找到隨機數 Nonce 並獲得記賬權。挖礦是完全隨機性的或無記憶的:對同樣的算力,其未來挖礦表現與過往業績幾乎沒有任何關係。

在 PoW 型公鏈中,礦工之間是競爭關係,不存在交互式溝通協作。誰先找到隨機數 Nonce,誰就獲得記賬權和出塊獎勵,而其它礦工從上一個區塊截至此時的工作就基本作廢。爲了平滑挖礦過程中的不確定性並激勵礦工共擔風險、共享收益,多個礦工可以形成礦池這樣一種特殊的合作關係。但礦池與礦池之間仍是嚴格競爭關係。

只要配備硬件設施並消耗電能,任何人都可以參與 PoW 挖礦。PoW 挖礦的開放性以及礦工之間的競爭關係,使得在 Token 價格上漲時,挖礦成本攀升。

一方面,只要 Token 價格高到使得挖礦收益大於成本,就不斷會有新算力投入挖礦,使得單位算力的挖礦成功概率下降,直到挖礦收益趨近於成本。

另一方面,一旦有礦工投資於算力,不管是擴大算力規模,還是購買更先進挖礦設備,都會增加自己挖礦成功概率,同時降低其它礦工的挖礦成功概率。因此,一個礦工或礦池對算力的投資對其它礦工構成負外部性。其它礦工面臨競爭壓力,可能不得不擴大算力投資。從而,礦工面臨着「囚徒困境」局面,不得不投入算力「軍備競賽」。

總的來說,PoW 體現了基於技術的信任,主要靠技術爲挖礦創造了一個不依賴於礦工鏈外身份或信用的環境,礦工之間是競爭關係,但難以內生地抑制算力「軍備競賽」對挖礦成本的擡升。

2. PoS —— 基於制度的信任

在 PoS 型公鏈中,礦工參與共識算法需要持有 Token,對 PoS 型公鏈存在風險敞口,但面臨的硬件設施要求比 PoW 低得多。礦工風險敞口的大小取決於礦工是否需要鎖定 Token。

根據本部分第一節的分析,鎖定 Token 是暫時放棄根據市場情況出售 Token 的權利,也就是暫時放棄 Token 流動性。放棄 Token 流動性的成本與鎖定 Token 的數量和時間正相關,更與持有 Token 的策略有關。

對長期持有 Token 的人而言,因爲本就沒有出售 Token 的計劃,鎖定 Token 的成本很低。但對一個普通投資者而言,在 Token 價格波動性高的時候鎖定 Token,意味着很高成本。比較鎖定 Token 的成本與參與共識算法的回報,只有傾向於長期持有 Token 的人才有動力鎖定 Token 以參與共識算法,而這些人往往也是對 PoS 型公鏈有強烈認同感的人。

如果礦工不需要鎖定 Token 就可以參與共識算法,儘管共識算法的開放性更好,但礦工與公鏈之間的利益綁定關係較弱。

PoS 型公鏈爲提高共識算法效率,一般會引入礦工選舉機制。選舉前,會賦予 Token 持有者一定數量的選票。選票數與 Token 持有量之間既可以是線性關係(比如 1 個 Token 對應着 1 張選票),也可以是非線性關係(比如二次方投票,quadratic voting)。Token 持有者的選票可以只投給它自己,也可以全部或者部分投給其它人。Token 持有者被選爲礦工的機會與其得票數正相關。比如,在 EOS 中,1 個被鎖定的 EOS 兌換 30 票,可以分別向最多 30 個超級節點候選人投票。

得票最高的 21 個候選人成爲超級節點。而在 Algorand 中,用 VRF (可驗證隨機函數,verifiable random function)抽選礦工,每個 Token 持有者被選中的概率與其 Token 持有量成正比。可以看出,礦工選舉與現實世界的選舉很像,不同選舉程序背後有不同設計考慮,並將對社區治理產生不同影響。

PoS 礦工有三個顯著特點:

第一、在 DPoS 型公鏈中,礦工需要向其支持者 「拉票」,礦工的鏈外身份和信用很重要。礦工與其支持者之間有重複博弈。礦工的過往表現,比如出塊率以及與其支持者分享出塊獎勵的慷慨程度,會直接影響其信用和未來「得票」 。作惡的礦工可能在接下來的選舉中被選下去。

第二、不同礦工之間存在一定合作關係。礦工在區塊生產上不存在類似 PoW 挖礦的競爭關係。礦工可以像 EOS 那樣按某一順序輪流生產區塊,也可以像 Algorand 那樣用 VRF 從中再選出一個區塊生產者。但接下來一般礦工會針對候選區塊運行拜占庭協議直到達成共識。

第三、礦工升級硬件設施不會獲得更多出塊獎勵,從而不會形成類似 PoW 挖礦的算力 「軍備競賽」。PoS 型公鏈如果允許委託投票,會形成礦池(一般被稱爲 staking pool)。其經濟邏輯是,普通 Token 持有者不一定能滿足參與共識算法對硬件設施的要求或擁有相關專業知識。它們通過匯聚力量支持某一礦工並分享出塊獎勵,可以獲得更高收益。

總的來說,PoS 體現了對制度的信任。制度是爲提高分佈式經濟體中羣體合作效率而針對羣體成員引入的行爲規則。礦工的鏈外身份和信用、礦工選舉程序以及礦工在區塊生產和達成共識上的合作關係,都是制度的體現。

3. 共識成本

不管是 PoW,還是 PoS,共識算法的目標都是在存在各種差錯、惡意攻擊以及異步的分佈式網絡中,並且在沒有中央協調的情況下,確保分佈式賬本在不同網絡節點上副本的「最終一致性」。達成這種一致狀態毫無疑問需要成本,我們稱之爲「共識成本」

在 PoW 中,共識成本主要體現爲挖礦成本,即在挖礦硬件設施上的投資以及運行這些硬件設施消耗的能源,可以稱之爲「技術成本」。PoW 對礦工的鏈外身份和信用以及它們之間的合作沒有任何要求,但在 Token 價格上漲時,難以內生地抑制算力 「軍備競賽」 對技術成本的擡升。

PoS 的共識成本要複雜得多。PoS 可以視爲一系列制度的組合。這些制度旨在提高羣體合作效率,但制度的持續、有效和穩健運行卻非易事。

首先,羣體成員要根據制度內嵌的激勵和約束調整自己的行爲,以符合制度設計者的預期。這就隱含了對個體理性的要求 —— 個體行爲遵循理性準則,而不是非理性或具有機會主義的。但現實中,人性複雜多變。針對這種情況,制度往往基於參與者的身份和信用機制,並配以能加強信用機制的獎懲措施。

其次,爲提高羣體互動的可預見性和效率,制度中往往包含針對羣體互動的程序性安排,比如投票、選舉和區塊生產順序等。程序性安排一般有博弈論方面的考慮。

PoS 對 Token 持有者、礦工之間的合作要求越高,就越依賴鏈外身份和信用機制以及程序性安排。這一點對 PoS 的共識成本有很複雜的影響。

第一、在重複博弈中建立鏈外身份和信用機制,本身就需要成本。比如,EOS 社區在超級節點選舉中的賄賂行爲,實際上顯示了建立鏈外身份和信用機制的「影子成本」。

第二、鏈外信用機制有自我加強趨勢。信用好的礦工越有可能因其支持者的投票而繼續當選。它們通過參與共識算法獲得出塊獎勵後,就越有資源維護好鏈外信用。這樣,礦工就會走向「常任制」,礦工名單趨向固定,實質上把共識算法的參與者侷限在一個小範圍內。但共識算法的去中心化程度一旦減弱,就更易被攻擊。

第三、礦工選舉、區塊生產以及達成共識等環節的程序性安排,使得共謀更易籌劃和實施。而這會直接影響制度的公平性、有效性和可信性。此外,如果信息不對稱非常普遍,Token 持有者和礦工可以有隱含信息和動機。這會使程序性安排偏離預期效果,使其中的博弈設計不再有效。

以上這些方面,就構成了 PoS 的共識成本,可以稱爲「制度成本」。此外,基於技術的信任與基於制度的信任有兩個關鍵不同點。

首先,與技術成本相比,制度成本要隱蔽得多,也更難被準確測量。制度成本往往只有在制度失效時,或者同樣制度被移植到不同環境時,才能被人們認識到。

其次,技術能產生一定條件下的確定性。比如,在現有技術條件下,區塊鏈技術常用的 SHA256 哈希算法和基於橢圓曲線的數字簽名算法不能被有效破解。在技術沒有大幅進步的情況下,這種確定性是有保障的。而與技術帶來的確定性相比,有多少制度能長期經受人性的考驗?可以斷言,不管是在現實世界,還是在區塊鏈領域,都不存在完美的制度設計。

綜上所述,每種共識算法都在不同程度上依賴基於技術的信任以及基於制度的信任,並由此分別產生技術成本和制度成本,共識成本則是技術成本和制度成本之和。對基於技術的信任的依賴程度越高,技術成本越高,反之則相反。這一關係對基於制度的信任和制度成本亦然。完全依賴基於技術的信任,或完全依賴基於制度的信任,都會造成比較高的共識成本。我們認爲,存在兩種信任基礎之間的最佳配比,使得共識成本最小。

基於區塊鏈的數據和算力流通市場如何運行?PlatON 經濟藍皮書指出方向圖 1:共識成本

第二部分:PlatON 的經濟設計

一、PlatON 的經濟設計目標

基於前文的分析,PlatON 的經濟設計主要有以下目標:

第一、儘可能降低共識成本。鑑於 PoW 的能源消耗及其在現實世界面臨的限制,我們認爲 PoW 的在區塊鏈領域的份額不可能無限增長。PlatON 公鏈屬於 PoS 類型,其共識算法被稱爲 PPoS (PlatON PoS)。PPoS 使用鏈外身份和信用機制以及程序化安排,但通過 VRF 引入的隨機性來降低對它們的依賴程度。這樣能有效抑制賄賂、共謀等行爲。

第二、加強公鏈內經濟活動與公鏈支持的經濟活動(即數據和算力流通市場)之間的耦合關係,爲 PlatON 內置 Token —— Energon 的價值提供支撐。

第三、內生地抑制圍繞 PlatON 公鏈的礦池的規模擴張,以保證 PlatON 公鏈的去中心性和安全性。
根據第一部分對分佈式經濟體的分層,接下來先討論 PlatON 公鏈內的經濟設計,再討論 PlatON 數據和算力流通市場(即公鏈支持的經濟活動)的經濟設計。

二、PlatON 公鏈內的經濟設計
1. Energon 初始發行和增發

Energon 不設硬頂,分爲初始發行和增發。Energon 初始發行按一定比例分配給創始團隊、PlatON 基金會、學術基金、生態基金和私募發行方,並引入相應的鎖定期安排。

隨着 PPoS 的每輪運行,Energon 將持續增發。Energon 增發將按照事先確定的比例分配。大部分 Energon 增發用作給驗證節點的區塊獎勵。小部分 Energon 增發用作給沒有被選爲驗證節點的備選節點的 Staking 獎勵。餘下的 Energon 增發存入一個信託基金,用於獎勵 PlatON 開發者社區,該信託基金由 PlatON 基金會管理。

每年 Energon 增發數量,相對上年底 Energon 總髮行量,都是一個事先確定的比例。在 PlatON 主網上線後的若干年內,PlatON 基金會將從自己獲得的初始發行中,拿出一部分補貼驗證節點、沒有被選爲驗證節點的備選節點以及信託基金。這個補貼將逐年遞減以至於 0。因此,在補貼期間,驗證節點以及沒有被選爲驗證節點的備選節點將獲得較高收入。

2. PPoS 的 3 個階段

PPoS 每輪運行都分 3 個階段:1. 備選節點選舉;2. 用 VRF 從備選節點中選出驗證節點;3. 驗證節點輪流出塊並運行拜占庭協議 CBFT。需要聲明的是,與 PPoS 有關的技術細節將在《PlatON 共識黃皮書》中專門闡述,此處僅涉及 PPoS 中與經濟設計有關的內容。

第 1 階段:備選節點選舉

每個 Energon 持有者都能參與 PPoS。如果一個 Energon 持有者想成爲驗證節點,必須鎖定超過一個事先確定的最低數量 Energon,成爲備選節點候選人。每鎖定 1 個 Energon 相當於自投 1 張選票。備選節點候選人之間不得相互投票。

其他想參與備選節點選舉的 Energon 持有者也必須鎖定 Energon,但對它們鎖定的 Energon 數量沒有任何限制,每鎖定 1 個 Energon 兌換 1 張選票,它們可以將自己的選票投給任何它們支持的備選節點候選人。

所有投票完成後,備選節點候選人按照它們的得票排序。得票最高的前若干位候選人成爲備選節點,備選節點數量也是事先確定的。備選節點及其支持者鎖定的 Energon 將繼續保持鎖定狀態,直到一個事先確定的鎖定週期結束。沒有入選備選節點的候選人及其支持者鎖定的 Energon,在選舉後可以解鎖。它們不再參與這一輪 PPoS,也不會獲得任何補償。

第 2 階段:用 VRF 選出驗證節點

VRF 將從全部備選節點中,選出一定數量的驗證節點,驗證節點數量是事先確定的。VRF 的過程非常複雜,但與以下實驗等價。

首先,將每個備選節點的每張得票設想爲一個球,用不同顏色區分不同備選節點,並將所有球混在一起。其次,從所有球中隨機抽取一個,記錄其顏色,並將其放回。重複「抽取並放回」步驟若干次。最後,統計被抽中的球的顏色分佈。出現次數最高的那些顏色對應的備選節點即爲驗證節點。

數學上可以證明,得票數越高的備選節點,經 VRF 被選爲驗證節點的概率越高。但因爲 VRF 引入的隨機性,最終選出的驗證節點不一定正好是得票最高的那些備選節點。

第 3 階段:驗證節點運行 CBFT

在 CBFT 中,每個驗證節點均被分配一個時間窗口,在這個時間窗口內連續生產區塊。每個驗證節點在其時間窗口內生產的區塊數量是事先確定的。此後,全部驗證節點對候選區塊運行 CBFT 直到達成共識。

在獲得區塊獎勵和 Staking 獎勵後,驗證節點、沒有被選爲驗證節點的備選節點與其支持者按照事先約定分享收入。此外,驗證節點的收入還包括交易手續費。

3. 對 PlatON 公鏈內的經濟設計的分析

第一、合理搭配基於制度的信任與基於技術的信任。與以 EOS 爲代表的 DPoS 類似,PPoS 中備選節點的選舉,依賴於備選節點的鏈外身份和信用。備選節點的鏈外信用越好,越有可能獲得高的得票數,在 VRF 階段能以更高概率被選爲驗證節點。但 VRF 爲從備選節點到驗證節點這一環節引入了隨機性,降低了對鏈外身份和信用的依賴程度。當然,如果有驗證節點在 CBFT 階段作惡,信用機制仍將發揮作用。作惡節點在未來備選節點選舉中的得票將受到影響,甚至可能被選出去。另外,備選節點在選舉階段不得相互投票,也有助於抑制串謀。

第二、共識參與的公平性和開放性。在很多 PoS 型公鏈中,事先可以估算出,備選節點在得票數超過一定門檻時,能以多大概率成爲超級節點。這樣,就存在能以較高概率幫助備選節點成爲驗證節點的策略,從而驗證節點選舉在一定程度上可以被操縱。那麼,PPoS 是否面臨類似問題?我們認爲不存在。可以證明,在 PPoS 中,一個備選節點成爲驗證節點的概率,不僅與其得票數有關,也取決於其它備選節點的得票數,而其它備選節點的得票數在其控制以外。VRF 對從備選節點到驗證節點的環節引入了很多不可控因素,使得驗證節點選舉難以被操縱。

下文還將指出,Energon 持有者對任何備選節點候選人的支持都將是有限度的,候選人不存在無限拉票的可能性。因此,相對很多 PoS 型公鏈,PPoS 中的驗證節點名單將呈現出更大的可變性和開放性,從而在避免「多數人暴政」的同時,也盡力避免形成「寡頭統治」。

第三、內生地抑制礦池規模擴張。與其它 PoS 型公鏈一樣,圍繞 PlatON 公鏈也會出現礦池。作爲一個緩解措施,在 PPoS 的每輪運行中,每個區塊的出塊獎勵是固定的,與驗證節點及其支持者鎖定多少 Energon 無關。這在一定意義上可以視爲規模不經濟。

這樣,Energon 持有者在選舉備選節點時就面臨如下問題:是否幫助某一候選人先成爲備選節點再以較高概率成爲驗證節點,但之後需要與較多 Energon 持有者分享同樣的收益?在這個博弈中,收益最高的 Energon 持有者是那些投票給得票不多的備選節點而備選節點正好被選爲驗證節點的。但因爲 VRF 引入的隨機性,哪些備選節點能成爲這樣的「幸運兒」,是不可預知的。因此,一方面,Energon 持有者在備選節點選舉階段有動力避免投票集中、「壘大戶」等情況;另一方面,專業的驗證節點運營者受制於 VRF 帶來的不確定性,創造「超級礦池」的動力也會下降。

第四,降低共識成本。前文已比較 PlatON 和 EOS。接下來,比較 PlatON 與同樣使用 VRF 的 Algorand。根據我們的理解,PlatON 和 Algorand 存在兩個關鍵不同。

首先,在 Algorand 中,VRF 選出參與拜占庭協議(Algorand 稱之爲 BA★)的 Token 持有者。Token 持有者不需要鎖定自己的 Token,也不接受其它人的投票。每個 Token 持有者被選中的概率只與自己持有的 Token 數量成正比。在這個安排下,參與 BA★的 Token 持有者與 Algorand 公鏈的利益綁定關係偏弱。那些有良好鏈外信用但僅持有少數 Token 的人幾乎沒有被 VRF 選中的可能性。如果將參與 BA★視爲一種權力,那麼這種權力主要屬於 Algorand 中那些 Token 持有「大戶」。而在 PlatON 中,參與選舉的人需要鎖定 Energon,這樣就加強了它們與 PlatON 公鏈之間的利益綁定關係。任何 Energon 持有者,即使自己持有的 Energon 不多,但如果鏈外信用足夠好,能吸引足夠多的支持者,也有希望被選爲備選節點乃至驗證節點。換言之,PlatON 中的權力不屬於「富人」,而屬於「信用好的人」。

其次,在 BA★的每次循環的每一個子步驟中,Algorand 會通過 VRF 在全體 Token 持有者中重新、獨立隨機選出參與 BA★的人。在這種情況下,BA★仍能正確、有效地達成共識。這就是 Algorand 中 BA★參與者的可更換性(player-replaceable),是 Algorand 的一個很有吸引力的安全特徵。但需要看到其對共識成本的影響:針對全體 Token 持有者,在 BA★的每次循環的每一個子步驟都運行 VRF,成本是非常高的。

而在 PlatON 中,驗證節點一經 VRF 選出,就能完整地參加一輪 CBFT。鑑於驗證節點的鏈外信用,我們認爲不一定要在 CBFT 運行途中把它們替換掉。這就體現了利用鏈外身份和信用機制來降低共識成本的考慮。

三、PlatON 數據和算力流通市場的經濟設計
1. PlatON 數據和算力流通市場概況

PlatON 致力於建設一個高性能的計算網絡,以促進數據和算力的流通。其中,PlatON 在數據流通中使用同態加密和安全多方計算等密碼學技術,能很好地保護數據隱私。

PlatON 公鏈與其數據和算力流通市場之間有密不可分的聯繫。PlatON 公鏈起到計算任務分發、計算任務與算力匹配以及交易記錄等功能。PlatON 公鏈設計遵循了鏈上共識與鏈下計算解耦的原則:核心計算工作都發生在公鏈外;通過可驗證計算,公鏈節點不需要重複計算就能驗證交易。這樣就使計算免受區塊鏈性能的限制。PlatON 公鏈內的 Energon 用於結算數據和算力交易形成的債權債務關係。
從經濟學角度,PlatON 數據和算力流通市場主要參與者包括計算協調方、數據提供方和算力提供方等,它們本身也是 PlatON 公鏈的節點。

數據提供方根據算法定義的輸入數據格式,提供相應數據用於計算,但數據仍保存在數據提供方的本地數據庫中。參與 PPoS 的節點作爲鏈內數據的提供者,是一種特殊的數據提供方。

計算協調方一般也是數據提供方。計算協調方獲取輸入數據後,先在計算網絡上查找符合算力需求的算力提供方,再將輸入數據、可驗證計算的算法參數整合成多個子任務並分發給算力提供方。計算協調方通過分發計算任務,實現了計算的協同和去中心化。爲提高容錯性,計算協調方在分發計算任務時會引入一定的冗餘。

算力提供方接收並執行計算任務。算力提供方加入計算網絡時,會自動評估自己的計算能力併發布服務能力參數。算力提供方收到計算協調方分來的子任務後,在完成計算的同時,利用可驗證計算生成正確執行的證明,並返還給計算協調方。

2. 算力交易定價

與數據交易相比,算力交易的標準化(或「大宗商品化」)、可驗證和可度量等程度要高得多,交易效率和透明度更高。可驗證計算的引入使得算力提供方的作惡或怠工等行爲更易被發現。這些都使得對算力提供方的業績評估和獎勵可以客觀進行。

在 PlatON 計算網絡中,算力交易定價相對簡單,算力交易定價取決於其能源消耗,因此對算力提供方的激勵採取成本定價方式。另外,驗證正確的計算工作量還將累計成爲算力提供方的計算貢獻值,相當於它在 PlatON 計算網絡中的信用。

3. 數據交易定價

數據交易的標準化程度比較低,主要有以下三方面原因:

第一、不管在種類上,還是在來源上,數據都趨於多樣化。比如,PlatON 計算網絡中交易的數據可涵蓋身份、健康和信用等維度。數據可來自社交網絡、物聯網和工業互聯網等,並且很多數據是非結構化的。
第二、隨着人工智能興起,數據分析手段趨於多樣化。PlatON 將支持多種數據分析算法。
第三、數據作爲商品的特殊性。很多數據的所有權不明晰,難以被有效保護。數據容易在未經合理授權的情況下被收集、存儲、複製、傳播和使用。數據的使用是非競爭性的(non-rivalry)—— 數據可以被重複使用,並且重複使用不會降低數據的質量或使其數量減少。數據的使用是非排它性的(non-exclusive)—— 對同一份數據,不同的人可以同時使用。數據的這些特殊屬性使得傳統數據交易市場容易面臨市場失靈問題。

PlatON 使用的同態加密和安全多方計算等密碼學技術支持了數據確權,使得在不影響數據所有權的前提下交易數據使用權成爲可能,這是數據交易的產權基礎。PlatON 數據交易堅持數據主權原則,在隱私保護的同時有序交易數據使用權(即有序交易原則),並且數據使用者要向數據所有者付費(即有償使用原則)。這些都有助於解決傳統數據交易市場面臨的市場失敗問題。

數據定價有兩種方法。第一種是絕對定價。數據對使用者的價值體現爲數據對它們的認知能力、決策和福利等方面的提升。提升程度決定了數據使用者願意爲獲得數據而付出的對價。第二種是相對定價,也就是給定一個數據集合和一個共同的任務,評估數據集合的成員對完成該任務的貢獻。相對定價可以成爲絕對定價的基礎。Shapley 值是數據相對定價中的一個重要工具。這是著名經濟學家 Lloyd Shapley (2012 年諾貝爾經濟學獎得主)在 1953 年研究合作博弈時引入的一個重要概念。

第三部分:PlatON 的經濟設計對治理機制的影響

在本文第一部分中已提出,與 Token 有關的分佈式經濟活動包括公鏈內經濟活動以及公鏈支持的經濟活動。Token 價值既與這兩層經濟活動的總量有關,也與這兩層經濟活動之間的耦合關係有關。

經濟耦合是一個重要但尚未得到充分重視的問題。比如,在很多爲 DApp 搭建的公鏈中,DApp 中運行的是自己的 Token。在多數時候,DApp 用戶對公鏈內 Token 和交易的需求不高。這樣容易造成兩方面問題。

一方面,DApp 用戶對公鏈發展不是很關心,儘管它們持有的 DApp 中 Token 的價值在很大程度上取決於公鏈分佈式賬本的安全。

另一方面,公鏈內礦工通過維護分佈式賬本爲 DApp 發展提供了基礎,但很難直接從 DApp 發展中受益。如果經濟耦合不緊密,公鏈內 Token 就很難從公鏈支持的經濟活動中捕獲價值。這兩層經濟活動的參與者之間容易出現利益不一致情況。

我們認爲,可以從兩個維度衡量公鏈內經濟活動與公鏈支持的經濟活動之間的耦合關係。

第一、公鏈支持的經濟活動能在多大程度上提升對公鏈內 Token 的需求。比如,如果 DApp 和 Layer 2 解決方案使用自己的 Token,並且其用戶不太需要涉足公鏈內 Token 交易(比如,用戶可以用 DApp 和 Layer 2 的 Token 向公鏈礦工付手續費),提升效應會很弱。但如果 DApp 和 Layer 2 的用戶需要持有甚至鎖定公鏈內 Token,提升效應就會強一些。

第二、公鏈支持的經濟活動的參與者與公鏈內經濟活動的參與者在多大程度上是交叉的。對多數 PoW 型公鏈,挖礦是一項有鮮明特點的、資本密集型工作,礦工很少參加公鏈支持的經濟活動,公鏈支持的經濟活動的參與者也很少兼營挖礦,兩個羣體之間的交叉程度很低。一些 PoS 型公鏈出現了專業的礦池運營者。它們在 Token 託管、社區運行和管理支持者關係等方面有專長。它們一般不太參與 DApp 層面的活動,但在 DeFi 層面可能很積極。與一般公鏈相比,PlatON 有更強的經濟耦合設計。

第一、PlatON 公鏈內的 Energon 用於結算數據和算力交易形成的債權債務關係。數據和算力流通市場的發展將提高對 Energon 的需求,構成 Energon 的價值支撐。

第二、PlatON 計算網絡的參與者通過對外提供數據、算法和算力等服務而獲得 Energon。作爲 Energon 持有者,它們可以參與 PPoS。它們在計算網絡中經營得越好,積累的 Energon 越多,在 PPoS 中的影響力越大。
換言之,對 PlatON 計算網絡承諾更深、風險敞口更大的參與者,在 PPoS 中扮演的角色也更重要。這體現了一種深度利益綁定關係,也體現了以鏈外身份和信用爲代表的鏈外資源向鏈內的傳導。

我們認爲,上述安排體現了 PoS 中「stake」一詞的真正含義。我們傾向於將 PoS 翻譯爲「利益相關證明」,而非「權益證明」。公鏈不像公司那樣,存在所有者權益(owner’s equity)的概念。Token 代表分佈式經濟體的使用權,沒有任何所有權含義。

所有的 Token 持有者都是利益相關者(stakeholder)而非股東,其核心特徵就是對公鏈有風險敞口。任何影響公鏈或兩層分佈式經濟活動的事情,都對它們的利益有影響。最重要的利益相關者就是礦工或驗證節點。在 PoS 中,驗證節點參與共識算法的「憑證」就是它們「利益相關」。

第三、與一般公鏈類似,PlatON 支持 DApp 和 DeFi 等的發展,並會引入針對 DApp 和 DeFi 的經濟耦合設計。比如,PlatON 公鏈中的 DApp 可以發行自己的 Token。但 DApp 的 Token 必須以 Energon 作爲準備金。DApp 子社區決定 DApp 的 Token 與 Energon 準備金之間的耦合關係強度。一旦 DApp 子社區通過耦合關係設定,它就具備約束力,並且通過智能合約來執行。

如果 DApp 子社區希望發行更多 Token,它們必須將更多的 Energon 準備金轉入智能合約。反之,如果 DApp 子社區贖回部分 Token,智能合約會將相應的 Energon 準備金退給它們。

在這個安排下,隨着 DApp 的發展,用戶需要獲取更多 Energon 作爲準備金。這能幫助 Energon 更好地從 DApp 的發展中捕獲價值,從而支撐 Energon 價值。爲加強 DApp 與 PlatON 公鏈之間的經濟耦合關係,PlatON 基金會將向 DApp 子社區捐贈部分初始 Energon 準備金,作爲它們的「啓動資金」。DApp 子社區選擇的經濟耦合關係越強,PlatON 基金會的捐贈力度越大。

PlatON 也將支持以 Energon 爲抵押的穩定幣。在數據和算力流通市場中,某些參與者可能傾向於用穩定幣而非 Energon 來結算。PlatON 將提供相應的靈活度。用穩定幣結算的交易越多,意味着對穩定幣的更高需求,而這將促使更多 Energon 被用作抵押品。這是另一個幫助 Energon 從數據和算力流通市場中捕獲價值的機制。

到此爲止,本文簡單討論了 PlatON 的經濟設計對治理機制的影響。PlatON 治理機制具有「社區共建、共享、共治」的特點。對 PlatON 治理機制,我們將在《PlatON 治理紅皮書》中予以詳細介紹。

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