网络与节点3 V5 U7 @6 I4 x6 j
% I6 J2 v1 r4 \+ E& M v 区块链网络，本质是一个分布式系统，系统中的节点根据某一个约定的规则，完成状态的迁移。网络中的节点的角色、数量、在线情况、是否诚实认真工作等，定义了这个区块链网络的性质，也关系着系统的安全。: }6 x% J. t3 {7 |4 f( b, A8 z9 O
7 }* j1 n$ i( [$ @共识与考量5 v1 j4 D3 P M: @' U! i5 K& K
6 c% K* `4 J' I. A, V* o 网络中的节点遵循的某一个约定，就是所谓的共识协议，简单的讲就是决定哪下一个区块的规则。在节点的维度考虑问题，那就是哪些节点的哪些考量标准，决定了下一个区块。在区块链世界里面，主要考量标准有所谓的PoW和PoS。分别是以「计算能力」和「持币数量」为考量标准。
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大家可能会问了，为什么主要是这两种考量标准，为什么不是别的呢？
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原因很简单——这是两种最容易量化的标准，且易于抵抗攻击。其他的，例如 reputation(声望度)、honesty(诚实度) 这类标准，都无法简单准确的量化。那存储空间、带宽能不能成为量化标准呢？答案是可以的，但是具体实施起来，有一定的难度。
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现有公链的问题
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BTC 创建者中本聪期望通过 PoW 实现 one-CPU-one-vote。早期，普通的家庭电脑也可以成功抢夺到出块权，确实满足了这个愿景。后来因为算力竞争，挖矿设备进化到了专业的 ASIC矿机和矿机联合体——矿池。ETH 一开始就考虑到了矿池垄断的问题，它设计的Etash算法，是依赖内存的，所以 ASIC 矿机的优势没有那么大，但是矿池还是形成了。
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9 ]4 }) w9 l. N" d) a% G BTC/ETH 让人诟病的 POW 挖矿机制带来能源消耗，吞吐量低等问题，也使得两者使用费用高昂。) k H# w- S8 w
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EOS 模拟了美国的选举人制度。本质是倡导大户集中，鼓动社群投票，超级节点竞争。开发者期望用超级节点竞争的方式，实现去中心化。主要开发者BM甚至声称，这类超级节点的去中心化程度，比 BTC 的矿池垄断的模式要高。一直以来，RAM （内存资源）被当做投机标的，使得开发者成本飞涨。有相关计算表明，支撑一个 DAU 1W 的 DAPP，需要近 200W 美金的年费用。
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- L S: q8 b. S 可以看出，这三大代表性公链，去中心化程度堪忧，同时使用成本也较高，无法承载商大规模商业应用。
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YOUChain 的愿景& F& n6 n7 X9 m: M% r
0 A% d$ f7 U) a! V7 t! ?- p, o YOUChain 愿景是打造可承载大规模商业应用的去中心化公链。要承载大规模商业应用，性能和资费是关键；要实现去中心化，节点角色、职责和数量是关键。
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1.低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的
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* Q. e! i. B) T1 F2.权利高度集中，不是我们想要的/ ^ C5 F1 T% D3 _& R5 I
* l8 N' Q2 H0 N4 \0 s6 v3.使用费用高昂，不是我们想要的% {3 H7 q9 s* W1 `5 D
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要实现高性能，需要考虑制约区块链的三个基本物理条件：计算、存储、网络。共识协议和网络结构需要极度的优化。
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某种程度上，我们是中本聪的信徒，相信去中心化的愿景。因此，我们认为，以某种方式实现中本聪的 one-CPU-one-vote的初衷，是实现去中心化的一种方式。
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思考性能7 h. w# m/ Y# m) G# g( e G5 l9 }" j
" t' P9 j5 v' N) I 回顾已经上线的公链，包括 BTC/ETH 和 EOS，我们可以观察到一个现象：一个共识的达成，需要涉及到的节点越多，其性能就越差。前者涉及到了全网所有节点竞争挖矿，性能较差；后者只涉及到了少数的超级节点的轮流出块，性能较好。
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2 l3 w2 W Y8 W9 _4 F' O怎么做到去中心化和扩展性兼得呢？其中一个答案是为系统引入随机。Algorand 是我们十分推崇的项目，它为行业带来了新的思路，我们也深入研究了它的技术原理和实现。
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思考 one-CPU-one-vote/ {4 u/ c R8 B# G6 }3 C1 ~8 B' m
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考虑到设备和节点，我们很自然想到了几乎每个人都会拥有的移动设备（手机）。如果这些设备都能成为网络的节点，并参与工作。那岂不是真正的实现了去中心化？
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为什么移动设备，都被已有的公链排除在了节点范畴之外呢？一个直觉印象是，他们的计算、存储、网络性能都不够，稳定性也不够。9 X' k: o Y( V# K& A3 s2 S
. r& U0 ~6 k0 _) q8 S/ R4 Z- Q8 L 当我们深入去研究的时候发现，最新的移动设备（骁龙845/麒麟980及以上）的计算能力，不亚于普通的云主机；主流存储能力也达到了数百 GB；网络性能随着 5G 的普及和千兆光纤入户的进展，不逊机房环境。/ \# y$ f+ h% Y# D) N2 x: ]
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思考费用4 j2 U. _, U+ n4 X+ g: C
" c8 g' G I5 U% n 考虑到能源消耗和运营节点成本，我们选用基于 PoS 的共识机制。; q7 S! m$ X) O
5 T. m$ N# k9 }% P0 R. r那么使用公链的费用，主要是与运营节点主要包含两部分成本相关：基础设施成本和抵押物的机会成本。; q o k- q, R! S
! U% ]( O3 [+ Z% ~ 基础设施成本：机器购置与折旧、带宽、托管费用、防御攻击费用等。8 ~& Q G9 [6 ?5 S' i
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抵押物的机会成本：因抵押而无法自由买卖产生的机会成本（币涨了或者跌了但是币被锁）。8 e* W4 x) s/ R8 y; s7 |9 ^
9 Q1 t4 W/ W) ~. @& @ 我们认为，随着物理条件的演进，当条件具备的时候，不再需要专业的矿机和托管条件，海量的移动设备，都可以成为网络的节点，使用成本自然就降低了。
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0 {* a+ x6 {# Y9 W思考可扩展性
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从 YOUChain 创始之初，我们在公链设计中，就预留了使用安全分片技术进行横向扩展的技术路径。
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2 B" ~ K3 k! |# v( t 同时，为了满足高 TPS 下的海量存储需求，我们设计了存储压缩和根据 merkle root 证明的机制使得移动节点可以快速接入网络和持续参与共识。
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YOUChain 共识「YPOS」 n( {4 C C1 q, o. x; k' X6 K
% Y& {- n7 M# H U7 v, ?; Z" F 为了兼具高性能与去中心化。YOUChain 设计了一个基于 PoS 和 VRF 自抽签的快速 BFT 共识协议：YPOS。
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8 x( w1 G s3 ?0 |7 `2 S+ r3 w共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。' _* }( P# Y! L7 W/ N
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1.在较大的候选集合中，通过 VRF 自抽签机制，选取少量（如数十）的区块提议节点，后者将提出候选区块及其哈希。
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( P0 d. W$ y. y# Q! Y2.在较大的候选集合中，通过 VRF 自抽签机制，选取一定量（如数百到数千）的投票节点，为前一步提议的区块哈希按照某一种规则进行投票。
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其中第二步，属于传统的 BFT 共识的流程，核心是消息复杂度和延迟。我们做了大量的工作，使得我们的 BFT 算法实现了线性的通讯复杂度，可以在大型区块链网络中运行，并做到秒级收敛。% S7 |/ G' W9 r' C3 ^* @) S
- r! j+ ^2 s% U1 S在节点的去中心化问题上，我们认为移动节点是未来方向。因此，我们做了大量的的工作，实现了家庭网络和移动网络的稳定传输和有效穿透。同时我们将节点输出成 SDK，植入到生态伙伴的 APP，使得搭载 APP 的移动设备，成为网络的节点，这样 我们的候选集合就有了海量的节点。) _1 w) f5 {7 {4 c9 z/ Z
3 ?( z8 U# T' y: B! O! l; y- qYOUChain 节点设计
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安全性是区块链的基础。没有了这个，扩展性和去中心化都免谈。区块链最常见的攻击，是女巫攻击，大部分都是为了实现双花。
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在对抗女巫攻击上，基于 PoW 和 PoS 系统都有成熟的经验。前者不表，后者主要是出块概率权重或者验证投票权重与抵押占比成正比。+ i; m! R$ w. ] Y9 a
; }+ l6 i( R8 X: h) A9 T 一个现实问题是，对于移动节点，我们既无法要求他们有足够多的抵押，但又要捍卫它们的投票权。( F. b# M( l) V3 C9 {* S5 Q* h- ~
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如果完全按照抵押占比成正比的投票权中，移动节点的愿景将因失去激励而形同虚设；如果按照一设备一票，我们又难以抵御女巫攻击（因为节点很容易伪造）。& m; C' J, e- [( ]4 }6 B5 m
8 _& g" r1 a- u' `* Z4 D. p! p% x为了实现我们的远景和目标，我们设计了如下的节点结构。( p0 M6 k, @0 h
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节点类型4 \% M) @( f' d- C' N9 C
: c: i! O# Y n3 v1 Y% H系统中包含两大类节点。
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; E# P% Z3 Z' L1.参议节点（senate-node）：部署在数据中心的服务器，拥有较强的计算、存储、网络性能，类似于网络骨干节点，前期有一定的准入。
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2 g2 [& X( n0 ]) S$ L. e2.众议节点（mass-node）：部署在家庭网络或者移动网络下的各类设备，无准入。/ r+ ^) [9 ] I; F3 J) t7 R
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以上两类节点，均需要参与 token 抵押。我们为抵押设置一个最低准入门槛，选取抵押排名前若干位的账户作为候选集合，依照节点抵押的 token 数量在候选集合的占比分配抽签权重。. r3 a' V& s6 F
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节点选取方式
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参议节点参数「待定」
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& g. g [: ]( i/ b4 l. S- e; P; l; W! n/ w+ S
9 x) p: V8 g5 t众议节点参数「待定」
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6 v# _: _: _' G* @( \/ X v& r v' J- j- m6 N
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两类节点对比5 ? o7 F+ W" R ~* A9 ]
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: `, X. }0 f8 n1 Y, s
, _4 z+ Y& A- _6 B7 T" e7 G0 ^% p8 q" D* v7 L$ D2 Q: K* A
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我们既要保护网络的安全和性能，又要鼓励众议节点积极为网络做出贡献，因此，我们设计了两类投票主体。
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YPOS 区块敲定! j; m. j L4 l! `! I
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1.区块提议者，从参议节点集合中（性能考虑）选举，提出区块和哈希。
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2.区块验证者，从参议节点集合和众议节点集合中分别选举，分别对提议的区块进行验证和投票，hash 较小的优先级高。# M% R9 F5 x: i+ G
$ O5 b7 M; m# `1 n' x& h3.满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块
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6 x8 M! K5 N, y% E# `; \0 P$ [1 N' K定义如下：
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: H+ C. y& ^) s' x# x9 D
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' u) @+ m( L1 E. r% g
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网络安全( e% D2 {- f5 U) ]: R6 S' w
: ?2 U6 I' e/ f7 D7 `+ ~4 B参议节点与众议节点集合，均按照抵押占比分配抽签概率，可以抵御女巫攻击。
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2 b' @% t9 n7 |: w9 Z. t官方持有一定量的 token，承诺永不抛售，但在网络早期，可用于网络安全性维护。; x6 Q7 ]4 o8 Z2 k" I
$ f" W* N$ e/ M# m' Y. |7 z+ H官方可以在必要时，可使得维护网络稳定的 token 数量占据足够的份额，以确保网络的 security 和 liveness。
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链上将会设计针对各类不当行为的惩罚措施，使得各类节点有经济上的动力去诚实工作。
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网络演进( V4 I) ]2 K" a/ |! g$ N* j
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YOUChain 开发者承诺，当众议节点的数量和质量，达到一定程度，将会推动主网持续升级。
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1、通过安全分片技术提高可扩展性
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2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」# Q. V' {5 S, d9 p" w
. q" e" R" n3 J; D' v# d- a( B3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取- x) m! V3 i( F4 O
5 a* r# S/ J6 i( j$ x" S; `4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求
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1 {0 S1 p* p) j. ^5、参议节点的功能将演进为：存储、转发0 u" c" A5 [! O2 k
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前面主要从区块链网络及其节点的本质出发，阐述了现有公链的去中心化和使用成本等问题，进而介绍了 YOUChain 的愿景和节点设计，最后给出了安全考量和演进策略。主旨是为了阐明设计的思考，引起讨论。
) l# c9 h4 g$ f/ C: Z' A
. C" w- j/ K$ y. O) [以下为问答素材：
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" ?* C% A# @7 q% W# m; }# v( m8 cQ1 参议节点的准入制，是否中心化？未来的演进措施是怎样的？
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9 F" W1 R! Y) r& o何畅彬: 设置参议节点角色，主要是保障网络的性能；前期有一定的准入制度，是基于“有责任的去中心化”的考虑。这个准入制度，其规则是公开透明的，满足一定的基本条件就都可以加入。其实是在所有的公链中，都会存在一些优质节点，拥有更好的计算资源及网络条件，在我们 YOUChain 中，我们只是把这些节点识别出来，让他们能发挥更大的作用，更好地服务于公链网络的稳定运行。未来随着社会整体硬件基础设施的进步及个人计算资源的发展，参议节点将逐渐演化为提供存储、转发等功能的节点，并将逐渐从“有准入”的机制变为“无准入”的机制。因此，参议节点的设置，并不意味着中心化；恰恰相反，这是用一种负责任的方式，更好地服务于去中心化这一目标。
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Q2 官方持有一定量的 token，承诺永不抛售，不过是为了抵御攻击，只是有人收购了足够多的token，不就可以实施攻击了吗？
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何畅彬: 1.网络的早期较容易受到攻击，所以官方的 token 将会起到抵御作用；2.在网络的进一步演进过程中，Token 进一步分散，在公开市场上收购足够多的 Token，将会被变得「经济学上不可能」' R C0 P- q) `( w8 j
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Q3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？0 ^$ G& S+ E% `$ n, W
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何畅彬: 参议节点，早期是有一定准入，后期会彻底放开。众议节点将无准入，海量。具体的数字，需要根据上线前，实际的情况而定。我们还在具体考量。
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Q4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？: D0 U) V4 K k, y
* S! s" s* C7 p. v0 G* o2 E% }何畅彬: 所谓“中心化”，本质上是少数人控制整个系统，能够施加超越既定规则的影响力。但是在我们的网络中，提议区块只是共识的一个步骤，被提议的区块，需要通过一个临时随机选举出来的验证委员会（包括参议节点和众议节点分别形成的两个验证委员会）验证并多数投票通过后，才是最终被接受的区块。本质上，随机选取任何节点来提议区块都可以，只是出于性能考虑，将该角色由参议节点承担。这跟“中心化”与“去中心化”问题并无影响。. h' R) {0 B# t
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Q5 我是咱们有链的老社群用户了，刚才提到的 峰值TPS 和测试环境，我想再详细了解下1 V9 m) W5 ~; L# R; X3 m! e; g2 m
0 V: ~ e/ s4 ^6 d1 U) T8 W2 |) e何畅彬: YOUChain 的社群为我们提供了部署在家庭网络下，超过 2000 个同时在线的 pc 节点和手机节点。在 5 月进行的一次压测中，我们随机选取超过 500 节点进行共识出块，跑到峰值 TPS 为 1250，出块时间约为 3 秒。4 j6 [! h6 p2 ]8 F( d4 O; o( m3 ]
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Q6 何总你好，我是鱼链的联合创始人Jacky, 我想知道下，早期众议节点，为什么是安全的？未来节点众多的时候，如何更加安全？ \+ l; [' i& w2 \5 Z5 \! G
& g. X) [4 t: G9 X2 E; b何畅彬: 基于PoS的去中心化公链网络，其去中心化的过程，必定不会很快，会需要一定的时间。早期的普通节点可能比较少，因此众议 |
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发表于 2019-8-8 09:19:58