网络与节点2 A7 e2 ^7 s! d2 ~ _
6 u1 m7 ^& n% F- |- M& Z* ~ 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。% w' J2 s+ p1 K t* J5 {: K
% `$ H- x- F; R1 D! S共识与考量% f } E9 e. F( r1 o: N: U
& t* y2 o+ S \4 f5 e" r3 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。* _, z: A1 y9 g% r5 F0 ~) _( x. C1 P( W
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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？" F- H1 m! H2 ^. X- f# p5 w6 A' j
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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。9 v8 c8 v/ E1 H+ D0 M! V, q8 q
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现有公链的问题5 Y" `/ _/ L1 I; L' c
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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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7 S2 h* G6 _/ h2 ?% a+ G 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。' x- C( P/ _& j' h3 _
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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。& Q& r, o' }2 Q# Z
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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。; R5 M: h, l3 [
, w1 Z1 P4 }1 N8 V; r: RYOUChain 的愿景( D# ?9 l- H: l
3 ~8 }$ a5 I0 C 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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6 m( b$ C7 h% \. I- F2 H. s* u7 d" ~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( z+ R! d# ~! M/ N9 h4 Z
& `% ]5 C; v" x# q$ D, t7 G3.使用费用高昂，不是我们想要的" ?+ E5 {, C V. U! l6 [ s
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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。% M/ ]# i% P: K5 _3 U3 ]9 Z0 S
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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。8 n2 E# h$ C; K' R
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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？
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9 ], p: v2 ~7 X8 o$ \9 X' {. Y" t: { 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。4 x# M2 E& b% V+ c/ j! O1 C/ _
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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。* Z& R$ h1 v# Z; s9 m$ k
9 l8 W3 r( h) D& p- c, m1 I+ ]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。. p ^; q4 w8 C2 u/ D* d/ \3 @
# z; q s! v/ T' a& _ j6 g8 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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( v- ~( c, r8 h8 U1 N+ D1 M8 _ 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 ]. B- t; k0 E, I2 ^) e* Q O2 M; s
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思考可扩展性
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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。- `# w6 R+ c1 S$ |4 d2 u/ ?9 H9 x
1 S4 k9 C8 b7 Q- N. n; K3 O/ S; t0 n 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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共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。
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8 [2 @+ i0 r; @6 u# C% P7 D3 S# ]& I1.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。5 o% E9 X& G8 g: S
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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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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。# T E2 v! X- h" `. z/ C3 H
7 U1 P! L7 h v# o! G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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a8 Z4 R% Q8 ]; ?& bYOUChain 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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1 m# R; E2 A7 q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。" y4 {! T7 u+ H9 O
2 W2 L/ |) g: n$ D, R7 s 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。7 u9 D) v: ^% B4 B& L
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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）。2 U. \+ Q3 o7 ^# }3 J
) R2 s$ N; l7 R, \5 q5 D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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' |4 Q! L. V) h& ~5 w( M' ?节点类型
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系统中包含两大类节点。6 Z$ [$ t; U5 ]9 S; T4 e' S' M
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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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9 u" V# g4 [/ l* h8 H( v- A) S2.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。2 F* k7 E, | t _
) d5 D% o" P* ^9 ^7 w9 E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。& A/ ^: [: i+ y: r6 Y6 d5 E/ P( @
% A7 `1 u" w1 l' T节点选取方式
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参议节点参数「待定」2 X( H/ \8 M2 M
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; B5 q% t4 Z& A/ j% l$ O( @众议节点参数「待定」, l# _0 N4 w# F$ p9 I6 \) y* O
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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。; J+ R# S5 W2 r r9 T
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YPOS 区块敲定+ X3 B- F# ]/ o: N
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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。
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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.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：& L( W1 J/ C7 S- R: l
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网络安全8 t; p4 ^0 R0 ~! K7 C
& ^2 W$ ]& u' A7 `* u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。$ E4 _/ P; w* c
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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。2 j$ d3 F0 J0 u
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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。4 h# `- K {$ I% s% e; _8 Y
) B6 i3 @' Y9 e' o8 i2 k4 t1 O网络演进
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9 d. y! a$ W( 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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( m. ^3 C' I6 r/ Q+ z' s1、通过安全分片技术提高可扩展性
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, c% s8 @$ O$ {* ~+ L5 T# C2、逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」/ p" Z) d# I0 \* B
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3、区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取- J. E- n6 h5 O: f; J" M
% b6 x3 s( }% B9 K* |4、逐步降低参议节点集合法定票数 的要求* l* L& b& L6 b1 {; ^
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5、参议节点的功能将演进为：存储、转发
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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：6 d1 i/ q- Y0 w" I [3 P; U
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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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$ D+ t* F) [8 M6 f6 Q. g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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* a& d+ Z4 z- G% NQ2 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？# N& F& X' l" T, w. j& h# k4 T5 `- v
- i- t* y5 h" x; I0 k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」- _8 W( X1 J8 E$ g: Z+ ~
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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。8 p+ [5 ~$ W4 |( Z' d& T; @% l1 Q
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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。. E4 D+ X+ V/ G; c& v/ }' l
4 C( }2 }) Y: r; i; _3 [* oQ5 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9 }" Z+ K. C2 F# D8 r
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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。
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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？8 K6 l! O: W0 i! ^* t; F3 C
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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