网络与节点3 x% y, ^ _* ?! y* \! R3 V9 i
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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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1 }$ }' c( ^0 O* J共识与考量
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1 B' d) ^! j+ `1 l g# j 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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}& r7 q1 q' v. g& M7 L 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。
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( y; l: D- D8 v- k6 r6 j7 Z. z 现有公链的问题& w7 z0 W9 s* _8 z0 Z
/ t* l, O! k+ x, ~3 k8 s I' j5 @ 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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3 J9 G) y! x/ ^) Z9 g# o$ B. W$ 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。1 B% g( w( T) Q
. u! t" h+ K9 ~ 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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8 m! v) y+ }4 t7 z 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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z; t) g/ c1 P) [( F fYOUChain 的愿景
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+ x8 k; z% I# l9 I 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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$ K2 R N& Q, c6 j9 z2 [1.低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的7 T( ]& M3 U/ i( ~3 u* Y! Z. F
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2.权利高度集中，不是我们想要的
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0 D3 p4 r/ @7 W* S3.使用费用高昂，不是我们想要的- G) n' o) R: w% I# J
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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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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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% ~& S5 G7 ~7 N) Y# N: O5 k& [思考性能2 a, O: i$ d5 |3 e3 M2 E! J
2 Z- A- R7 k* D/ j( z! ^9 c 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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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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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？# ~( N- S& c. v# @2 r
1 L: z3 Y5 R% }) i6 I 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。 H% x; a3 G# q9 P+ b/ k6 N
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思考费用6 l+ Q |( i9 G9 |, t& L; J1 I
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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。$ W5 v6 A% C3 F0 M/ Y* I- r
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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。8 v8 k! b/ O& y6 l$ ]" W7 T
. w! t8 y. j4 W) _4 H- d 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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! ]( J' e- R) B7 {! C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）。( F; @+ z9 e" _) i X
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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。) ]7 i8 x9 v& e8 a0 V
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思考可扩展性* v9 N9 ?% r1 y' `( N
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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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; C4 q4 R2 T& A! W6 j# r# 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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- r o' B5 _! J) i% l# \ 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。; R4 ]9 w7 U* U" d$ ~+ q9 H
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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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) ^8 Z! H! H* h8 t# p+ ^ w: X1.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。+ x% F' n9 Y% F, e- r
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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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9 y) M' i- K+ O- _% 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。
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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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9 f; l' N9 s# l. Z6 z; c5 c; NYOUChain 节点设计, E/ Y0 L2 a( Z0 m/ m/ s
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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。, ^- w4 e, ^ Y9 a" z7 L1 X
( T. n+ u" {' q9 S5 R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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. f& E7 T u) C4 K6 h 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。( p% g( P4 t- L' q
/ u1 E4 e; ?: I$ u) ~ 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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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3 J4 X6 b$ j* _
# b1 S( f* F& { H6 ^, K' i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。: b! m( o! E' G3 N& q- z+ D4 ~
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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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4 n# f/ \* f1 h; Z6 o% L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) s2 d* x. o& B, C' ^7 L
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节点选取方式
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' ^( O5 N/ C$ M5 S# G6 }2 p1 f: B参议节点参数「待定」. G5 Z% f! ~- E7 }+ n) h' U
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( ]3 O. N" |% G8 h u- c8 M) Z2 Z7 J7 |/ o1 j
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众议节点参数「待定」
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, X& I) Q3 [/ B1 W* X两类节点对比3 p( g3 K6 P4 n S8 R
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5 _4 q# O& k2 R4 l1 z* u- I7 i$ i7 J3 \
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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。6 o/ l, E- u5 Y9 h
6 R* R/ p- u& ^6 D9 z" ]( c, I. ZYPOS 区块敲定; E; H) I' h' ^2 v6 Q+ `
+ I! J+ x4 v, Q( ]
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。
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1 r* r' b/ R6 A, V8 H2.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。: ?; ^ A! P7 `7 r$ S6 }/ W2 u5 w2 }
* G0 t! d2 M7 ~, W
3.满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块8 p5 V8 U& ^' J( l$ o6 x
) }! r- u5 j( ]" v定义如下：
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8 ~9 q( \4 k6 N3 x
E! \' t' V; f/ g' J
网络安全
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6 q/ v" [/ N: \7 G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。# c5 j- a; P, H1 ?. o' P' C, e3 J
/ |& }0 i+ m, O
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。! }/ ~- Y. E9 w( A _; |" B
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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。: Z# ^0 E% d& G- j5 A+ J+ [: o. C
. v1 P6 R& F2 }: N+ l9 `) Y K7 X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. h! ~6 R* A2 }, q& ]( B0 B/ ^; x
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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。
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1、通过安全分片技术提高可扩展性: D/ p5 p# ?4 C- m2 _2 A' p p; p
) V2 r/ }5 d* p: h! K6 o3 h3 W0 a
2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」3 Q$ u% O+ c% E5 [
2 m$ V7 r0 v( T U2 \) X
3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取. n$ Q% Y5 X1 a R* `8 w' @
" ~" A9 k2 n& j4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求
4 d( C: q# }8 P8 G) J8 Y; Z
$ a3 I4 \9 o2 g8 c5、参议节点的功能将演进为：存储、转发) k7 ?, ~/ M* }/ X1 d+ {
* Z8 u2 w) t5 A) c- Z
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。% w$ z9 O- z1 X$ b8 M# [$ ~: i; |3 X
; [8 t7 X* K. Q2 U以下为问答素材：* L- h9 K$ Q8 H& n0 W) l
. C' q( X7 ~3 k# C3 wQ1 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。
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/ U( W1 m# A }. P1 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？- O, }0 Y$ T/ n- n9 j
3 q4 U! O+ [. a7 \, M1 O f( J7 W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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* q2 ]) h* ^& X4 H- HQ3 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。 n9 j, H* p9 c( L
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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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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) K# o6 B3 u# x5 l! {) V1 Q
/ e/ g6 q4 a1 O3 V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。
5 _& H8 u- z& G) Q4 A
: C( c& X3 v( Y K7 O% Q7 [1 eQ6 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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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