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。
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共识与考量
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+ m2 @" k+ O# x; z 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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F- o! w% ^- c. L8 p: t# I- c 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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6 O4 @( ?- }4 Y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。
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现有公链的问题
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. W/ l$ s, R \* `4 o 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。2 h2 E8 {; N' |' h$ E2 f7 f9 E* v/ b
& F4 j1 S3 i2 S: ~9 w1 O9 s" v- [ 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。* v7 R4 d" v |( n p F! ?1 a' c
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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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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。4 K) {: r% \! ?2 h2 h* V( }
z5 R- T4 ~3 W% `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。4 [6 t2 n8 x$ h
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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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2.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
( l" {8 l/ U3 k' S( b; ^1 Q' \
, |8 Y3 f# c; p0 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。* x/ x) [, b1 d: T) l
, _# Q& F$ @5 K" M% v 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。0 D5 v, u7 f4 K; Y, F
3 U9 e: |9 o# K思考性能; D# q, q, y; U- G" Q6 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。
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$ p, J: [! [! e, U8 \% J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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2 X2 w2 K1 R0 _ P4 v 思考 one-CPU-one-vote
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( ?8 p$ W* c& v, x( n1 J% n- Q8 E 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？9 p9 N) {; z/ `7 ~- h. N
% b3 R% X1 B4 i9 W4 a 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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& }* \8 Q# r6 ]' a 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。 x' t, E6 c! ^- @* C/ ?0 n# O/ N
8 o# O& ?# ]) P/ C& ~9 K思考费用$ a$ v" [/ p* p/ O
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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。
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* n0 t& A% V6 L+ y$ q( _8 r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。1 Y$ @+ L; c% T( C
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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。
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8 e( D7 i: \, a: s7 u) H' Y2 A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 H# D! Y* Q+ H" ~4 X 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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5 X- r; d* g. @9 |& c' H" F思考可扩展性
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" r" Y( g$ t& _( |/ G3 ^/ M 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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0 A$ O" C4 _ J 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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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。3 b$ ?' o" p" d. O/ B
. U% O2 s- _. B' k共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。5 ^! `& @, {1 v/ }. J
+ ]# u v# p' r( D! f1.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。/ L! L5 A/ w7 g# K
. H1 T. ^; `. r' J' J2.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。; S* S: ^4 A& |1 x* R' ^! O6 r
: O! v6 O" w" ~5 d+ M/ p9 E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。7 X( J3 P9 i9 Z- Y b f
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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。. H% \! S, S$ M6 o- [
( o6 q8 q" l) W0 e4 w" ]% f* W" l- RYOUChain 节点设计7 ?- M- z1 B. |9 w9 w
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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。. }& d6 R* u9 r
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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。+ p3 B6 D) g% ]
! X3 P9 ^0 e6 t 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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( R1 Q3 w+ I. n1 { 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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' Z/ ]4 Z* }+ R8 G2 a6 r, L9 U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! r. |1 {$ I7 I: j7 M) a8 p4 G
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系统中包含两大类节点。: J* L, f" V T+ n, e: {
; f& Q7 N! P# b- R1.参议节点（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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. z) A0 d4 x8 Z2.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。# S; |0 ?2 I, V6 I7 R
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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。! e; T5 `0 g0 _
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节点选取方式
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) t: w1 Q: K$ _6 f: c- D. r7 {
! {$ z- X0 C# k) o( B3 j参议节点参数「待定」
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. W7 o4 W7 r0 C- O6 [- J! D8 _. w0 a! _8 ^+ v+ c' N
( b3 I' a# p4 F8 R p4 n
. d. t) d4 c2 E( O) ^( ]众议节点参数「待定」
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两类节点对比( g0 }4 n" q+ h& j5 O W! t+ [) f
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! b2 `6 c4 D. q' J5 r2 R# u' r7 e3 B3 D4 a- K; S" M
' M8 W8 d% _7 r4 d0 f" i. P6 t
# [ ?) g* Y# s6 [* c1 r 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。% [7 E$ _' r4 Q* A
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YPOS 区块敲定+ R# f, M" p7 q& Z
% o W! M& I% c& \4 o1 M1.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 m: A4 |' ]
' t+ l* D# c4 y" _) C2.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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9 C% |6 o7 L* J, O( D% h# j" T9 @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：
3 N4 p- ?, t! G F/ T' C" l
r( B8 X( h- u' E; i* b
( v5 W; g4 c# f5 u* a
2 P3 P9 O$ R$ X h5 R# G* b
' O5 E0 K3 J# u( e7 p! }: `2 c8 r/ d) b
% D% B; y! w+ [( b& U网络安全
4 r' |, v6 d! c/ s% i3 z6 u7 A# q9 B/ M; j, n; x
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。& `$ H) U9 ^& }) Z9 t2 X
% T" X- }0 y2 M& v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。
+ X2 g' E i9 b) ?) _
# ]2 u) t$ `' 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。! y7 C$ U- H( E: [$ e& k
9 a: X* a8 _5 y6 A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。
3 R& r! ]" m: }* R, O/ H6 S! B& }0 S6 S
网络演进( Q$ E' Y0 `) c& P
* O( k9 T' Y# N. y4 _; W- VYOUChain 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。4 @+ M; \9 g. C5 v9 V: [7 z! l
& Z. O+ W$ D8 p# c! _+ p0 i1、通过安全分片技术提高可扩展性
) D! G/ _! N6 o* G& p+ g1 p+ z! o$ N; O! N+ W9 S
2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」/ o: S* K) |9 f. C, }0 P
1 k) N# D) C; a' ]) P
3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取
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0 j( M$ W+ P# X6 u9 q' _. |4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求
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0 m& |- ^) D, d2 v: ]9 i: d9 G5、参议节点的功能将演进为：存储、转发/ r+ R$ t3 N1 \2 u7 C, F
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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' ` c# S4 D& b* Z( S9 j
( M9 Q4 A# }) ]* e0 C( u
以下为问答素材：
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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？3 x5 F, M+ {( e4 m8 Z( V9 e
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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。1 x! W$ K$ j' ?; G. o2 c& O
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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？
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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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3 t* e. }$ e4 p" d8 h `Q3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？) I3 ~# n% k* g, x
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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。* |1 i0 N$ h, w- V8 q
: H) l# f$ f0 }, j9 ~" @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. c& F J- K# `4 N' @4 ]
, H8 H# J# e! R: m: Q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。
7 P, C0 Z: F) l" x! T! S" t
! V i3 a4 l+ s$ }+ g/ o4 ?Q6 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？9 s3 k, [) w& M3 x) r
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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