网络与节点
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% G9 E6 V, E! Y4 C6 ] 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。6 X$ t8 a& Z) a1 m8 d, m: N
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共识与考量
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9 M- ^; X! ^9 k- u 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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+ f3 `5 f) z+ d8 O6 A7 G6 d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。3 I& _4 B. t+ ~+ ~6 J& ?" H
& G+ J* S7 r( l+ V2 e j 现有公链的问题2 z T4 S0 Z0 V% |) j L
/ u' k3 W9 M2 w$ 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。5 ]" t8 A7 z7 I
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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。, N3 }3 ]. o+ i; W5 _3 B8 I
% o9 l, a1 f) J- M. y/ q( ` 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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- Q; }$ V0 v' K; @6 S( ^7 J4 b& 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。9 P+ Q. v5 V* [! X$ n( s
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YOUChain 的愿景
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! x% f! d G3 M: B4 E- d 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
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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。# U6 m7 `) n/ o' t
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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。 {, ~9 f. w/ g' a
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思考性能7 w' @" [8 x* }: h3 k
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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。7 ]% I& ]) ]% Y% f' M1 B/ _# w
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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+ L6 v8 I# Q
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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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8 R! w, g4 o" f+ q8 N 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。6 n% x# J" m7 o6 L& W) d
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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。% w* W3 S3 |- F: p
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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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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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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）。
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0 _! a9 q9 r' f A" @ 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。4 b8 ?: h' _8 o* n5 P% p
7 m E2 V5 I; q/ Y5 L+ n思考可扩展性
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& e$ F4 i) ^7 N 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。9 E; S9 v- T2 ]$ w9 g. R' S3 ?
5 A$ J/ d+ N, ~; c2 _- { 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。) J" M' e+ b( F* l4 `1 P# ~
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YOUChain 共识「YPOS」7 l' }3 k+ a' f* X
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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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& N; k0 c, ^. [. o% U共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。# v5 c9 Q( N& D3 c# e7 k
5 G% b* c0 u: x6 d L! @9 l B9 m1.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。4 d# t' e, L5 ^( F% G+ @
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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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0 w5 Q8 K& c* E, n8 m {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。$ y, T" L8 H# k3 \# N1 r
4 r1 E5 x, D7 J! g+ C' X5 Z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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YOUChain 节点设计
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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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3 B0 r9 I b+ Y; j1 |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。 t4 I+ a' J9 q9 j/ ?+ _3 i) r1 ]6 H
, o: }5 O8 P) H1 Q 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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& @# S6 w1 B( @; S 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）。+ Y; h5 Y2 \7 j$ G
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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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* n5 `- c) E; K( u系统中包含两大类节点。6 M9 G! n" Z% {# G% m0 Y
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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。
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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。2 j4 q6 a5 X7 Y- c
; ?5 v% A5 c: B+ ~% |4 l7 t
节点选取方式- `0 f7 n2 u! }2 {
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: H) o! {2 P7 W- |参议节点参数「待定」5 ^( t" f# }; H; v
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+ S. T5 Q/ g: ~众议节点参数「待定」
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) T2 D/ J' U0 R/ |两类节点对比% \- _5 c* \' }9 \% t, u% ~& _
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. u+ x2 G( ]3 |, w0 F" Q& E 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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7 s, O! z& H8 p. e$ F& s2 lYPOS 区块敲定
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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。! e( p+ {+ n! Z% ]8 B+ N
2 ?" ^( x4 n( E# j+ X1 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。9 O e- ` X! T2 S z4 M; g
2 y, A( y$ h9 j5 e6 A# U( H3.满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块7 s0 l3 H. r, O- r1 @
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定义如下：
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* F7 x8 i! ?& |3 E+ x! D4 O: ?) j( ~$ g2 ]( ~* x$ R5 X
网络安全# M1 g; L$ F' @7 s
1 d9 W% J5 M: H
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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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。5 e1 P7 j7 ^9 h, b# o: Q" }1 x
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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。
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* Z) d7 j% k& i2 H: o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。6 {# o- l2 M. r5 c1 |
6 Q6 v/ h* p- F H! t: c( M k网络演进4 { y( T- \- w$ y% @
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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。3 i" q8 r# q: }- h% {0 V1 @
B5 T! T) h( p, O
1、通过安全分片技术提高可扩展性) r* h; C1 \+ k( Y1 ^! g% W
% V1 X' }5 f5 J9 |' V3 F! v7 d5 P% k2 A2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」
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; ?- r1 N" `3 @4 e' d* P7 S; E3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取
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# K/ Y! i: ^$ G3 V" ]: g# F+ N$ ^$ V4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求. v, i0 M8 m* y9 b7 ?
" ~2 ^5 I* o* n6 {1 U0 `5、参议节点的功能将演进为：存储、转发% i1 S9 Z4 k1 V( U/ Y) @. z7 V4 ^% J5 G
& P4 H- ]1 ?8 T" k' K e1 _
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。
$ f) k' T! u' X9 J& F, V' Q+ q4 Y# \" n' b9 k3 R1 `! O0 G! o. I
以下为问答素材：& e- b' n8 O, @8 k, @
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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？2 C. L5 X+ j2 U' p/ E
8 q5 [" A* B) r1 u3 X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。 e1 _+ |4 h/ O& S) _
$ g/ \& {8 x, o1 N0 m* uQ2 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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% ^4 E) B+ K& A6 p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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0 K- q1 y5 `1 F/ h) J9 R% RQ3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？# A; x4 q6 e$ m' |) d
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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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; I# b1 [5 j' \ Y& o1 T( ~) wQ4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？, K9 t7 t1 _% a$ T
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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。, b0 @" z; x+ J" k) ?
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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# ^% e2 K3 q- Z g$ R$ E
- V0 @( L5 \5 c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。' f' M( i1 ?. G5 N* U
1 R& j/ V' Q& vQ6 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？- `2 T( d0 {# \" e- S2 s
9 _1 |" i4 N$ s4 t' E! I7 v* V7 u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