网络与节点
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3 i. l3 K9 w) W$ H6 w( n0 k4 i5 q 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。* g' O6 l: I* e, y+ @. v$ k
- e9 ]/ u1 @% K) i共识与考量1 j" j; u, G1 x
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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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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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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。: ~" s" s& `. f/ O4 [8 k
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现有公链的问题 _+ |( {' y7 t4 z7 I
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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。
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; [7 A. W6 z: j0 P) q( U5 f; Q# z 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。
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YOUChain 的愿景, v( M$ D5 c3 D; N; Y7 @
! {! s' I- ^2 e5 r+ [ 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。+ L- u; Y6 P K4 B% }+ b7 ^
, I \( q2 N- ~ C. f3 i& ^1.低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的. N" i7 U7 Q& [$ e* ?. \* V, p k
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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
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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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; X: l9 P6 Q* ~+ {# ~& O 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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, o/ d: q/ z |4 s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。 v2 O! j7 L7 f4 k
, x( Y- p- `7 T9 ^: o' b( V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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6 l% N) P( P+ I" }5 v 思考 one-CPU-one-vote' ^8 b/ @" f4 J6 }/ k
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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？1 ]# @; F: Z7 v2 h
" _+ A9 N7 Q' \8 F8 |% C2 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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. r) E$ P8 M! Y% H" Y& F, u I4 a3 s 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。4 H; h5 N; U" a/ o* m" j) X
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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。( R( C$ ~& V% L* m
: y+ S. i1 {% |4 e' e: z* j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。/ P+ ]1 p' u0 `) l( [" Z
. `$ n7 p5 E7 h0 \; D+ C" U2 J' _ 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。+ `* m( R+ m# W' o+ I
) Q3 L5 E0 v0 |7 x, T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）。+ c8 ?% s% t9 n6 ]7 r& p
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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。
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思考可扩展性
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7 b& i6 |7 E o* L; g! E 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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3 B5 M8 c* b- | U# m9 p 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。& l$ E s) J7 I, x
# G# M ^, R- E. Z, x- r* r YOUChain 共识「YPOS」2 C& Y: b3 Q/ X7 e9 I0 h2 n; c, q
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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。
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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。
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# A7 B4 L2 w- U( s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。3 q( `" [5 i" P: m* G
" [$ |2 ~# N% H% D3 n+ }( v$ c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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% e# d, ]2 V- k: a0 q/ F; M% I; qYOUChain 节点设计. s* N) g `5 Y6 ^+ w D b
$ y' R$ ^4 r5 R3 l7 {( c5 Y7 H 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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! \, |- ]- T' Z0 S) z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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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。& m: G2 Q" [# A ~! E, _
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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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1 k$ ]% @3 C; E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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$ ^/ A5 w9 z) \节点类型+ y/ a4 v% |, }+ O* b1 B
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系统中包含两大类节点。
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6 X. P. y0 m* ~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。
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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。3 q& ~+ r, e; ^* i" A8 N0 O
5 `8 Z- R# s; F( p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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7 u) @( J g) }3 V( X节点选取方式
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- x' G# `# v1 Q& A3 J. I. y* e
: | e% n; u" m& j. ~. s( S参议节点参数「待定」( ~3 l, f/ w" ^- i$ M, Q
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: P+ C4 S: T# t1 U% A
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众议节点参数「待定」; u# w$ g( |7 B: g3 L
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0 k; y, Q# F" u1 `; Z2 k& j* k
# U( T P- l" Y- p1 A; z0 J% U两类节点对比
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0 x1 z6 @; e3 L! K& W a
, F, O# e6 v5 W) I; `6 R% b! _" q) N1 f8 _2 a
$ y2 p* ?* D' A @" \ 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。
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YPOS 区块敲定/ E2 L( w4 p3 h1 m' E! f
3 Y5 \+ I" O4 A+ _( g/ G
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。% }& D# I; L7 b
i/ p; [% N7 Y7 w! s
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 S, Q. S1 ]# U3.满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块2 W& p4 O! H; E# V
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定义如下：
2 J7 m+ c5 s4 w$ @& x) E! A; z% L/ ]! V! B5 n" D: F
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1 I6 x6 }2 }' }4 {- [; L
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; v( P9 O: V1 [% r网络安全8 c$ J3 ~0 K9 r/ M. S
8 q( S. ~& p5 \( D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。4 ]. i& B; U7 a( X* k, Y
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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。
7 }( c& L5 C; E+ a0 h5 f: W: d8 H/ V1 s! b, c( s
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。2 F8 u" C+ i+ m) ?$ D- X
+ n- G. a$ x7 k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 Y) \6 \5 H- v6 e# E/ Y
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网络演进+ T' D1 Q+ c: `# f8 v. S- t
* p: [7 |9 i8 b2 j/ EYOUChain 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。! ?8 x$ o1 M0 }: K
, v8 d! `6 P& n4 B1、通过安全分片技术提高可扩展性" \# k; F& O5 {1 c, Y# K! c# {
( y. U% K$ \( Z8 u7 m1 p2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」5 Q, ^: c4 m9 D6 s6 F* D
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3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取! X+ A! ^4 V' G! c
6 Z! r4 t l: t
4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求7 _# `/ t$ a- C* ^. [3 g
$ H% w/ Z7 ]; l4 g5、参议节点的功能将演进为：存储、转发
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2 M, a4 A, g1 H5 Y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。4 ` {. h9 l8 S7 e# }
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以下为问答素材：3 H3 }$ m h% \; K- y4 w
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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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* e* ]6 d0 @& C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。& o& v/ s: ~0 H) m$ Y
: L0 M( y, I# PQ2 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？ ]; }+ j5 s% n# I7 ]4 G1 s
& O5 e- Y" m; r7 ] g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？
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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？9 L1 Y9 {% q6 y" Z# i' l
' u/ c# I7 v5 g* F" F! O, }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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. U/ i; Q( M" g; j" P7 B$ Y+ rQ5 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/ m+ m7 B4 X$ v* Z8 J( W
9 u, G7 X8 T5 W1 X2 f" ^: B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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# k3 Y: U; E- v$ 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？
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. {" ]1 k' H; J5 R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