Topic: 一种共识协议以及设计的主要思想 (Read 62 times)

我去年在中文区发过一个共识协议的设计文档，之后忙了一段别的事情，但是一直都在做相关的改进。
现在这个版本我感觉已经比较完善了，但是发在英文区技术板块之后被移到了山寨币板块，很快被淹没了，所以我又回中文区来试试，看看有没有人感兴趣。
我先谈一下主要设计思路，以免设计文档过于枯燥没人看下去：

我们先看看一个争议很大的问题，“PoS 还是 PoW？”
我先明确我的看法，我认为将来PoS必然要代替PoW。PoW的支持者现在最主要的依据就是它消耗了成本，所以就比较安全。但实际上消耗成本与安全性之间并没有因果关系，我们只要解决好PoS存在的一系列技术上的问题（主要是多重投票和历史攻击的问题），安全性不应该比PoW更低。即使不谈能源消耗的问题，我们从技术本身来看，PoW中的"工作量"用了一种不可控制的外部资源，用不可控制的外部资源来竞争很可能形成大规模的合作行为，影响到系统安全（参考https://vitalik.ca/general/2019/04/03/collusion.html的讨论），“矿池”就是一个例子；而PoS使用的是区块链内部资源进行竞争，首先总量上不变，这会有巨大的好处，我们后面会谈，其次“权益”是账户的基本属性，人们不会大量的共享他们的账户信息，也就很难进行大规模的合作。

既然不局限于PoW，那我们再来看看一个共识机制的选择问题，到底是忠实于中本聪的链式共识还是用BFT(拜占庭容错)系列、DPoS(授信PoS)或者是DAG(有向无环图)结构呢？
所有共识体系的核心都离不开验证人（比如比特币中的矿工）角色，选择验证人都要通过竞争的过程(算力更高或者权益更高或者获得投票最多)，这个过程决定了系统的安全性。但是竞争过程又有潜在的风险：
1）使用不可控制资源(工作量、获得选票的能力、硬盘容量等)引起大规模合作的风险；
2）对获胜者的激励如果不足，会导致缺乏足够的竞争者，给攻击者带来可乘之机，降低系统安全；
3）如果激励充足，又会导致财富集中化，参考https://github.com/yj1190590/PoAS第一条的叙述（英文的，暂未翻译成中文，请将就看），进而造成参与者减少。

对于一个以货币功能作为主导的账本来说，安全性的降低是难以接受的；而对于一个面向所有人的公共链来说，参与者的减少也是难以接受的。通过大规模地减少验证节点，以提高性能的方式（BFT和DPOS）会极大的加剧上述问题，所以我认为不可取。所以，为了避免1），选择只有PoS；为了避免严重的2）或3），我们只能放弃BFT和DPoS。但是即使不加剧，2）和3）的问题仍然存在，有没有什么方法能避免呢？答案是有，关键点就在于，让低权益的用户通过先合作（类似于投票）来降低工作强度，再与高权益的用户进行竞争（还是参考https://github.com/yj1190590/PoAS第一条）。也就是在3）的问题上把用户参与的问题解决了。我原先觉得DAG结构也有可能做到同样的事情，但是在异步方式下我没有找到能够让权益保持同步的方法，所以设计中还是使用了链式共识。

确定了链式PoS共识的方向之后，现在第一个问题是解决此结构下的缺陷，然后如何保留PoW的优点（比如简单高效的验证、客观性等)。现在的设计解决了现存的NaS问题（多重投票和历史攻击），客观性也基本得到保证(参考：https://bitcointalksearch.org/topic/a-stake-based-double-voting-consensus-protocol-5094909 的讨论)，验证上虽然没法做到等同于PoW的高效，但不影响重要功能（跨链验证等）。

接下来的目标是考虑的是还有哪些特性能够保留下来。

首先是性能，虽然无法在单条链上做到BFT和DPOS的高性能和DAG的扩展性，但是链式共识也有其扩展规模的方法，即多链结构，比如侧链或者分片。多链方案的分层结构实际上在安全方面更加合理，但是我认为没有简单明确的盈利方式（锁定汇率使得币价不能升值）导致了多链项目到很难得到大规模的应用。一个偶然的情况是，聚集权益的机制下，钱包程序会直接参与到挖矿活动中去，使开发者获得收入。这样刚好解决了跨链项目的盈利模式问题，这会改变很多事情，我希望这能更好地解决扩展性问题。

显式最终性(explicit finality)也是一个很重要的特性，会带来许多的好处，比如提高确认速度和避免历史攻击，而在链式共识上通常不具备这种属性。利用前面提到的权益总量不变的特点，和两类投票的方式，这个能力也被成功地实现了。

总的来说，PoAS是一种优化的链式PoS协议。以我个人的理解，应该在虚拟货币的应用上具有一定的价值，欢迎发表自己的看法，谢谢你们花时间阅读。

这里是简介，英文的，不想看可以略过https://github.com/yj1190590/PoAS/
中文版的设计文档PDF在这里： https://docdro.id/oKEhuNR