网络与节点
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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。$ }, D5 V+ R4 k) B% o: f$ w* G4 j7 C
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共识与考量8 S. S+ J4 J K; F' A. E% R, l. \
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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。, U8 ]- t: `' i* I2 c3 u1 h8 r
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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？% j. t( E: z: M
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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。$ F! {$ H" S: {/ r- J7 @1 ]* x( Y8 R! k7 j
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现有公链的问题7 D. H0 F- E$ L0 g% l1 E
" Y) \: j- |; n. M( l 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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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。) O' Q# W$ X- Y" U
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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。1 b) Y1 y7 l& a4 L8 v
9 r$ T4 A3 n. Y# l 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
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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。; d2 s) w4 a: k2 }% J3 i
2 r9 Q' R: R* Z) e. W1.低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的
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) U& P6 f- E2 ^- y3 a$ P5 G* a2.权利高度集中，不是我们想要的7 H$ w+ V; B X" ~+ q* U5 L
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3.使用费用高昂，不是我们想要的
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& m5 A7 F( H2 U$ \6 {: T 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。, a3 W" @1 M+ w2 J
8 F7 A9 z8 N# u! b: k. [思考性能3 V, \# C* R' o) M% o M) V6 f
) ^& d: I9 z+ R- U" Y 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。6 ?/ w+ F9 J/ e* k- B" F: U
n" ?+ G J' R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。. {$ g5 N$ s8 N2 z. H
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思考 one-CPU-one-vote
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: I7 [5 ~. J, m1 d+ t+ b( Q 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。7 \6 j: {6 l4 x1 M
% ?8 b" P3 g' k# M+ ]1 T 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。
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" z" q# p( L n3 x0 ]5 d" W思考费用
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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。+ h0 t' z$ p- t
/ x2 n1 k+ Q8 [ `) v% r4 _* B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。" D1 \4 @ C, j# h9 v
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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。1 |% F. j0 }; k6 U7 I+ H$ ]1 s
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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）。
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9 b! l( e8 G n) _) h 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。0 k; t2 Y0 ?. S- T
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思考可扩展性
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7 d* V$ k4 r* e% o$ l 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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5 n; `1 Y7 `! e 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。7 v) I4 m1 g6 F- r
: X4 B9 @9 Q7 q) y5 |, C YOUChain 共识「YPOS」
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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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共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。# ?! i/ K, @$ Y- S
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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。- F3 N7 Q' u3 N0 A' p9 K
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2.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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0 g, n% o, Z2 n# t, N) L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。
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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。" {; X5 k0 z% a6 K r+ a' |
& r5 T2 G$ w0 W8 W; P5 d9 \YOUChain 节点设计9 \: ~1 e( u* S* Z
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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。- s& g' {, W8 ?: ]& x8 e8 G
/ M9 `; C2 A- N6 g ^/ Y, n2 X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。3 W. f5 ^' G. ?/ P6 f! g2 e
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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。
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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）。) r; w9 n! [: l
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为了实现我们的远景和目标，我们设计了如下的节点结构。: ]% l4 x/ G5 L1 V/ D# Y
4 }2 d& B0 M& ~' t( q节点类型" i- @6 P3 L1 @7 C$ o
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系统中包含两大类节点。
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6 q) I+ w, {# ~: o. O1.参议节点（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.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。
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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。
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节点选取方式7 } L. c/ i' Q7 R {9 b: T
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9 Q3 |) `' V6 M参议节点参数「待定」; Y* V4 o! g( k% L7 T/ q
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众议节点参数「待定」
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两类节点对比
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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。3 g! V, h* |7 U/ P
0 ^( g9 q9 G1 L( pYPOS 区块敲定7 C- M* v* v$ H
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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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7 q; u2 v N2 M: f- Y1 I- a2.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。
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3.满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块' N9 \* I- n5 s- _( j; E
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定义如下：
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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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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。, W: s9 M+ f6 u" u* z& w5 C
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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。/ T0 j% d$ R; X# J/ q2 H
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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。9 I( r3 ^% ~7 k' X5 N' ~
8 Y: n' J, l" z# i* x" U Q网络演进
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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」/ ?* o! q( P" Y* W0 m) S
. @2 }/ X. D, Z; m) L1 @$ [" S: ? g3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取
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9 G/ m( T0 g) t1 Q, V4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求
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( y1 _3 o0 _3 T; Y% `9 \1 I* u" _5、参议节点的功能将演进为：存储、转发
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$ z5 P2 L2 A. ^2 Z! t) N9 Z3 p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。/ F& e+ A& c# ]4 W! v
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以下为问答素材：% Z3 K5 d2 s# g2 b4 ?+ f; r. K1 i
: N/ C3 Z( Q" U$ W" G& FQ1 参议节点的准入制，是否中心化？未来的演进措施是怎样的？/ Y7 z8 T1 v0 C4 Y! l
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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？! A ?7 q, i# x4 V
; l- | p( A7 |+ `! W8 |6 I/ w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」
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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？3 |4 h$ G9 t3 d# n8 i$ Y+ b
; |; t" j Q, N# g4 I- M- A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。8 d: f' z3 z+ K6 l2 v# [' R
8 l `" @1 s9 x+ Z" ]Q4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？. L5 C6 U W% Z2 Z( c6 e3 p% |9 E( o
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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。
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1 o( g& T; K/ d& W, LQ5 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( V) u$ u/ p' H4 c1 P b l q
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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。
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2 r! R7 p8 U2 uQ6 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？, d0 _0 N3 l) A3 k2 n, j# c
$ X0 \9 z1 e$ f; Q8 {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