网络与节点3 R" b. B! Z! y# f. I
0 \* |4 w& `* D) n/ S" A" g 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。
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共识与考量
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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。0 N6 v$ _' \% d8 q" y+ B1 G, Z' [9 P
' l0 l: a O4 v$ G# M# Q! N# X: H 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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, S7 \( r0 O" s2 W$ W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。# m% i( h( v( {% D
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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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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。. N* _( N) P& ?3 m2 e* p) g, v) H
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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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, D6 M; ?+ I/ [( R+ W9 Q 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( p0 g8 y+ e: h: k
8 _: R; j) l1 x3 O# o$ j L2 K1 A 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。; f J, o1 B& Q _, }
: p* `" g4 S4 }9 o1 G* R1 F) k4 t1.低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的
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2.权利高度集中，不是我们想要的
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6 o* Q1 X6 D3 f7 q5 E3 M3.使用费用高昂，不是我们想要的6 k( E7 ~+ s# ]' \6 h
, H# h2 v% {2 R& }+ ^ 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。( U& P1 @/ M7 m
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思考性能" I" g# K8 |7 M9 f
+ A! |5 W0 K3 v 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。: q. F1 F, H2 L% a. k+ e: U
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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。* }7 ]4 d$ H0 ?; T
" A& k* K4 O0 F2 Q; W 思考 one-CPU-one-vote; Y6 n% v/ F/ {0 H! N3 Q
! Q5 s! E5 o/ Q' d7 @; L% B* ~- l p 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 i2 J: p' a* K6 R/ ~. F
6 Y2 ^" R4 o% [ m2 c6 a3 L4 j 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; ^0 G: w9 ~, s
( n7 Y: |. h6 G1 |: |4 Z- x 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。
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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。
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4 @$ i- J: f k. | 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）。5 f `- E6 ]+ @( {2 e- g8 K; V" r
X" k4 N/ ^- P3 T' D1 S3 v 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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" u0 {" a% g% m) J/ y2 Y# ~思考可扩展性5 R2 ]5 Z) U- q2 b" I
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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。 u' o% R- p: N- e
3 h, g3 Y# G$ ]3 c 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。2 P- W8 q5 D, V X$ V! V
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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。; v5 b, l" U6 R6 d/ ^- s
0 [ q% z9 J4 S& s8 Z+ C0 U共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。) |7 `" g& X. @ i1 A
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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。' T8 }2 |4 w; N# ?& P4 o
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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。- l# W( V8 w7 ^4 Q* K+ T
/ h3 U6 U& o" t* S7 S9 I$ `4 @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。
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3 F0 T% U. X- d6 ? g6 RYOUChain 节点设计
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7 @' G Q! x9 w% l0 g' T: o 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。
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2 d/ K E; i4 V& O i0 g 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。7 M% ?# s6 U2 w2 [$ D. ?! J1 S. T
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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）。3 C5 W$ u+ F2 q' g; y& C
" ]0 j+ o9 ?( J' T. K: \0 V为了实现我们的远景和目标，我们设计了如下的节点结构。3 K! Z; V- W/ w# N4 G I# v& L% d
: S8 K! Z2 C: {, j1 f! |5 X节点类型
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( G9 M! L3 M8 p+ s: S/ O系统中包含两大类节点。
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1.参议节点（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。8 d8 G, ^$ T" A' I$ B: b
, u0 V( {8 A) a, n2 J2 Y2 {% W# U2.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。- d' l' p- ]2 @' |: S+ u# | h
' K* `; U6 H" b& O% q) F2 j8 r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2 Q* v3 a! P3 H
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0 `9 }0 \( \8 W# ?( V) f参议节点参数「待定」8 H) z$ t4 q4 B8 B9 @3 h7 _& i w
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众议节点参数「待定」
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两类节点对比7 ^! K$ F: i8 I. R) M
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6 i$ X; U- i0 G$ l( p6 q 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。; }9 K5 o3 X. A7 e8 n9 D
9 x+ M$ Z6 i% X6 VYPOS 区块敲定, B7 ?5 ]2 {8 _, U
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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。- ^2 b9 K+ r# Z$ X
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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。
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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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' ] E1 Y0 d7 K% A9 h. G定义如下：" L6 \6 Z+ q1 R W
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( R) P8 r- Y' m& J% B7 D& B" A3 m1 ], d, o' H3 U$ i/ q
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网络安全
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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。
( O! R8 E2 s: B+ t
- W; w5 ?; A- a1 K, a( U- M4 q. ?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。1 j# j n/ f8 p: }- L
$ v6 t3 S/ h; A; X0 E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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7 S. @4 B2 [& [7 `/ `# g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
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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。/ q- p( }* T3 y1 W8 W
0 `! r3 y/ f6 Z$ ?1、通过安全分片技术提高可扩展性5 S2 H/ q' g/ l( y! r: H
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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」7 T+ S/ F5 k/ ?% ]5 {( O% j
( H4 U1 j# W6 H4 e9 @
3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取9 J/ P9 N& l/ R# v6 _
F7 e: t6 T, [. y
4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求
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, H# ^, |& i, b p+ I) z: A5、参议节点的功能将演进为：存储、转发
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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。. v+ p: C* m/ {, Q0 \ h
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以下为问答素材： M7 R- E% X; d- A- |
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Q1 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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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。- x" h. U$ F' f! z
" U- E4 Y) g6 p. ]( Y5 KQ2 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？+ y4 w g: ]1 `
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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」
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4 z8 R: {( W# C' t8 b4 z( S: C! xQ3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？" }: C( s1 D; j! n: K' L- Y3 I9 F
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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？
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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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+ r3 E2 C7 W; C% R8 V, w* TQ5 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3 J2 J8 E& i) y
- Z! k, |2 L3 y0 R t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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4 }/ Z% j6 e! w9 iQ6 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？ m0 r/ s+ ~. L2 n
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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