网络与节点) r& o7 g) \' ?6 }9 \% x# ^) m L
; ^$ m) F7 @: N7 V* p 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。0 n# V) Z' O! F1 x" c3 Z+ J8 u
9 q& | r9 Q/ r共识与考量" ^6 ?; Z! g3 l% _
2 D0 Q- f# W1 ]/ N7 T% C* t 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。/ A" ~9 X1 m' Y) W# u
' Z3 q) u v9 r, g n% \ 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？6 O2 e0 ]0 t6 o. K, w V4 I+ ^
4 }6 [, C7 q8 X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。+ E4 d3 Z* A9 q+ t v
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现有公链的问题" b+ L& |( ]8 p$ O
; C1 ?. r& _. ~" c 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。, v( q6 A2 J1 ]9 ~2 ~
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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。
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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。
" T6 y5 i7 C Q; l) t' a$ q& W+ P0 F- f
& z& L# h6 n, j( x( ? 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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0 }# ` J- P/ }YOUChain 的愿景
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" M7 U+ K9 W# U0 |- { 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% p" X' R# j# P) t6 N* h' c
! L$ x R1 |' v1 |! l% U2 [& ?) U, H2.权利高度集中，不是我们想要的
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3.使用费用高昂，不是我们想要的! N# s/ \5 ]4 |% s; R2 v: K' m; g
! w. q* U) {1 f 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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; Q. O; _7 `( {( W( \ 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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% G" X1 u+ T' P+ z- {% ?' A思考性能
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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。3 x7 q; M# O g6 U$ y4 c( _- N4 j5 e
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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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: R$ P: t X" w. X: U 思考 one-CPU-one-vote
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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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" p2 m- t* O4 w! Y1 @ 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。
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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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思考费用' }7 N4 U0 W! G% f; M
* ]& R1 q( o% A2 D 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。5 j2 j; i# y* q0 c) A
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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。* {) D$ _, A' C6 n
! [* H. i4 _4 H. o 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。
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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）。3 D* B( d9 y A& H' b
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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。+ F6 s) q- k) m6 m. r- z" u5 H
0 A, Q% s1 ^- |3 q4 L6 ~# @/ Q$ \# [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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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」
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6 t, Z1 l3 p M9 f$ Z: h* I 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。9 H7 y: s+ U# t6 F8 \
" }: Q6 m0 v) i4 _8 B共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。
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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。- e/ L2 G/ A: I7 ^ u i2 g! R9 _
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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。, Z) F! w% O& G; L9 o4 [# K/ O
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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。8 y0 S4 F1 \* b4 m# U/ \
# m/ M# B0 r2 _( ^! V; X1 I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。3 n7 v# Z- q$ y. H, y' s
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YOUChain 节点设计
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. ~" u6 r; k: v 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。0 s! V) R7 O. Y- B# I
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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。
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! U0 X) Y4 W, w 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）。
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) S4 y, J4 ?2 ^5 f8 k, M为了实现我们的远景和目标，我们设计了如下的节点结构。. J# @; |5 X' h' i! i1 Z# z/ e
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节点类型: G' A) q q& [+ T
" ^4 `" M) t# g* y$ {系统中包含两大类节点。: t- @4 i( x7 C U
' E- B4 A' S: n; m0 X1.参议节点（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。4 A5 Z$ \9 t1 q9 t1 p
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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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$ ^1 u/ W6 I6 B+ K+ q( h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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# J& n% e$ S9 P6 e' q9 l节点选取方式; }$ V1 C( N1 S
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参议节点参数「待定」
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5 N' G* P; H4 M9 @4 j- T" J4 N1 k1 G
0 I; Y3 x( t. A6 Y" S7 A3 \6 j/ \& e: w+ T* u. J
4 H, Z) _9 D$ K. c众议节点参数「待定」
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" Y- R# n5 B, T2 w: H1 w3 C" L6 w" Q2 |7 e7 H. g
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两类节点对比
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! f. r' P( c( \! B" ]9 u# q1 t9 f4 s8 C7 _ W; ]: |
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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。: T* \, B1 G/ E+ u5 K9 W
( l) [+ N4 \; i' `5 tYPOS 区块敲定- |6 J0 Y: U. Q2 O3 o5 J7 Y+ e
5 f. ~" V% N& r8 {# E
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。# r: r, k8 ?5 \- H# G6 @
0 U' ^5 E* |# N8 c# P2.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
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定义如下：; c9 U9 U: R" ?
3 z8 @2 H+ J7 @6 {
$ _) S$ _% X6 U4 ~+ ~% S. {* ^; f% ]
3 z" m2 R$ T6 a2 B+ m' v0 x& K
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) f' S$ e$ k/ h2 B1 C7 y) D% o* n1 ~- Y* t5 _1 s9 a, X( v1 O6 O% a% i
网络安全3 M* S. z# D; e& w* q9 f
, O; b1 h- a8 B j. V' j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。; k& v$ J4 `) s
1 `7 {. n! U0 k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。3 [( m2 I8 T) G( ~; o+ U
# B9 d0 j% z4 [' ]- t( X P) r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。
( Z: v& I3 @* A9 U# ?# W4 X* n! q2 _& @6 {5 G+ |3 s
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。
; D! U9 A; @: A) N' X& k
( q+ L5 v- O$ t' T3 W5 D网络演进
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& X5 n9 g6 N$ T+ ?* mYOUChain 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/ u2 p; g8 G: |* l" O. H* _
: n$ Z0 |8 _. i* i# {2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」. H3 Q4 Z Z! ?# {) s- \) D" v) }' }
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3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取0 t! r- U. \1 w: {
0 |, t) B- c8 j1 X
4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求0 B' }) u! I8 L. V E5 g4 D
+ q; @5 ]5 I" E+ }7 F. V3 i0 C: m5、参议节点的功能将演进为：存储、转发) P+ r9 y( T- n/ J( c9 I% i B5 B
9 |: x) z! O8 B' g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。8 N# |4 t& B( y4 ]$ g2 m! Z7 t
8 V* d( ^, N: g# s以下为问答素材：( E" b: u B% K7 J, I
- C7 A& Q/ \+ S; l3 mQ1 参议节点的准入制，是否中心化？未来的演进措施是怎样的？- ~ f' k# ^( n, R
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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。- q: m' \, g: ?+ T" J
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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？
( K3 \% w9 M8 B- N9 p% w* @0 e* X: ]( E, {/ b
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」" v W- x- x& ~
, P- {6 d- ^1 o. W% Y3 d- D& uQ3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？
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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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4 f+ |$ [- f5 q2 J' k7 `$ `Q4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？
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- Z9 E# W) v6 d- Z8 Y" r4 h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。8 Q6 ]0 i2 i1 Q3 h; i
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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9 T- V3 ]7 N$ [! h" x
1 f) D* x+ J5 Q4 |0 M# G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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! c+ R3 B6 K& jQ6 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？
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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