网络与节点, i( K1 K4 P1 \% Q/ I. E5 e
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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。! p1 d+ m) j. \5 H, r
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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。
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# j- ?# v \/ R4 T3 W 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？( I3 q, t/ I# s8 l K' p9 O
/ l0 G0 f5 z+ S7 K3 E, ~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。' L$ F7 H" S6 B$ k# g
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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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2 m5 Q, S7 E/ p+ F 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。2 I5 Z( G5 f. X! _
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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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$ F# k# t- t( W9 ^% q$ p0 r7 K 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。+ ^" P) X, Q9 S( e4 ~
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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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# |' Y: \* p! U, e, [4 v2.权利高度集中，不是我们想要的4 Q4 B, ]. y; W; s5 j
2 [* M3 T- J+ l+ G1 q& ^! u, _3.使用费用高昂，不是我们想要的, G" y5 y2 j2 x. j7 o, `
d# N! k4 |& h 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。2 h* J4 f# f6 `# }
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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。6 g+ `$ r z B7 i9 Q" d: K
5 E+ R/ q: d+ s% x# ~! m思考性能" m( q# {2 X1 u4 v$ ~
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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。! M0 w6 {: U. N8 z6 _1 m
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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。* c% C9 |/ T) [: S" [, f
# M, R% ~" a! L& {& p, Y 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？6 }! O( b1 Y$ G$ B* p; R' O
. g2 I' w) F/ K I8 V" S b 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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1 g$ S- |& D" j- @! q思考费用% q- Z9 G9 R# t4 B- Y0 U% n3 d) R# L
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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。7 K$ T( I7 h# V! J
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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。& V+ x) d6 m0 p( O) S+ ] f+ ?+ b8 l
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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。( N' P F" a2 p
. n! o/ P$ s5 ~: Y: c2 j! F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）。$ M" z* n' s! T$ ~
5 }: o! u. h) I$ C' 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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( v+ v' O1 a: }* j思考可扩展性, b: f% V9 w: j( Y, B+ F
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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。6 m1 B# x! c4 ]) S: ~
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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。
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3 d, s- J9 k; W& ~; S* F& E共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。$ m c- n# x) I, b5 T0 @
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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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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。' u |& _( r( \% ~
) }4 |1 s4 V8 Z& v( V0 Q1 ?$ F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。 t; H) L5 Z& a6 |( {- [$ e
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YOUChain 节点设计5 ]: `$ d. C$ `& t0 h, A
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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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0 q! E1 ^3 X, y a7 c/ y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 O0 [: N2 p% B7 X, u
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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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' A# b v5 X% O1 B6 N 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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( l6 m/ I& n3 o. x, 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。
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节点类型
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1 K0 v2 ?4 Y( `/ n8 M. l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。* |' k8 G2 Z# w) 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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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。! O. k5 m( t, ~/ `7 p% Q- t
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节点选取方式
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% `% x2 B' i: p5 H参议节点参数「待定」9 @/ g" [1 P: [+ I- r `' o
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* h. G% d, {) F9 o; X% r3 e众议节点参数「待定」
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( r2 b; t4 h) K' Q, F- i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。$ B/ P! _; E X6 c9 V. {) ?( T
. `! P; F7 b0 a& @YPOS 区块敲定+ g- ^. k8 [% t$ }# a0 P
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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。+ ?4 `, z. ~; | H, G7 ?
' E2 L6 a! P8 C/ K! f5 U% Q2.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5 y8 |$ D. L8 H a# h
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定义如下：
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* a2 X2 K d! E+ N9 v& C6 Y: K4 d网络安全! X+ O j7 Y" P3 ^' a$ ?, v6 P
. m' j- l" G' G( }- }; }" c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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" W" |2 V! q7 Q3 W0 S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。
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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。: w/ p- T. ?; V% C) U
* v4 [8 y7 a/ d0 n1 X4 [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5 x, D2 l0 n8 b7 z9 d' Y: c0 g1 D
% z0 v9 Y) x4 |- HYOUChain 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) \/ J2 v$ h4 _/ Y7 `( _: b: C
; o" n7 C$ {, ^* d2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」' v2 {2 g; d# \- j4 l
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3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取
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4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求4 I; S8 J B0 T" ]
1 E& W% {' m8 f; r5、参议节点的功能将演进为：存储、转发7 R% z5 B5 y0 Z6 T
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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。
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以下为问答素材：0 q1 Z V! B. n
$ |& N( x( ?% } x+ W% H; |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。) L/ F6 E5 d% T" A
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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？7 E6 ^' c5 j/ b/ P) [, k$ D G4 w: M
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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」' y( s) l. Y% n7 Q
# f" Y+ F/ |9 X! }, }2 O5 i1 P+ Z; M* KQ3 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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. L8 H* K' ?; g% G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。! n% }) a1 [: ]$ x( D& x
% e( A6 e0 G1 O {; c6 j( y# mQ4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？5 X% L. p) c4 N/ `+ V+ D/ i- T; 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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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
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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。1 `7 W& N$ b+ k; h% v8 x! @6 A
" b' F. b W3 E f( V: B; W& 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？7 t/ |- t" D8 U7 [' y6 b
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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