浅谈区块链的核心功能之HonorDecent创新的SPOS共识机制_ASH:Hashtagger

了解区块链的人都知道,区块链之所以能成为核心技术,与它内在所拥有的一系列特点分不开,其中区块链的共识机制便发挥了重要作用。

目前,我们熟知的区块链共识机制有:1.工作量证明(ProofofWork简称POW),数字货币大佬比特币和以太坊都是基于POW的共识机制;2.权益证明(ProofofStake简称POS),目前有很多数字资产用pow发行新币;3.拜占庭算法。除以上三种外,常见的还有委托权益证明(DelegatedProofofStake,简称DPOS)、验证池共识机制Pool等等。

HonorDecent主网采用了创新的SPOS即SafePOS共识机制,SPOS的创新及应用主要体现在两个方面。

其一就是通过Ticket选票机制实现POS共识:

HonorDecent通过Ticket实现POS的安全挖矿逻辑。用户使用钱包账户中HDC余额购票,一票对应一个唯一的TicketID,同时拥有一份挖矿权;一个区块只能由一票挖出,实际的挖矿几率各票均分。

比特币矿企Hut 8 Mining2023年第二季度开采了399个比特币:金色财经报道,比特币矿企Hut 8 Mining发布2023年第二季度运营和财务数据。报告显示,截至2023年6月30日第二季度,收入减少2,460万美元至1,920万美元,而2022年第二季度的收入为4,380万美元。

截至2023年6月30日的季度,该公司开采了399个比特币,与截至2022年6月30日的季度相比减少了约58%,主要是由于平均比特币网络难度增加导致开采的比特币减少,公司北湾工厂暂停运营,以及公司德兰赫勒工厂持续出现电力问题。

该公司的高性能计算(HPC)业务在2023年第二季度产生了420万美元的主要每月经常性收入,而2022年第二季度为470万美元,原因是某些低利润产品和服务的停止、客户流失,部分被新销量抵消。[2023/8/14 21:22:50]

Ticket挖矿流程如下所示:

钱包:定期检查账户中的HDC余额来购票,当满足购票条件后生成一条买票交易发往区块链。

共识:它会一直尝试使用本地持有的票去打包区块,一旦打包成功,是表示对应的Ticket持有人挖矿成功,并获得对应的区块奖励。

智能合约:智能合约会把地址对应的票信息写入到区块链数据库,每一张Ticket都对应有一个唯一的TicketID,也会有一条数据记录在数据库。如果有恶意节点试图分叉HonorDecent,任意行为被系统检测判定为恶意,都可能会被惩罚,每次惩罚会损失20%的资产。挖矿必须以HonorDecent基金会发布的标准钱包进行,篡改挖矿行为,如果被系统自动判定为恶意,都会给矿工造成巨大的损失。

HonorDecentPOS共识特点:

相较于POW、POC等共识机制免去了共识共识过程中不必要的资源浪费,如存储浪费、算力浪费等。

智能合约执行1/N的选票逻辑确保了出块的公平公正。

惩罚机制的设计,确保矿工正向运作,保证主网运行安全。

其二HonorDecent在区块产生中能够产生公平的随机数,保证链上应用随机数调用的安全。

针对游戏等应用场景,在区块链上为了体现公平性,就需要一个不能被预测的随机数来保证公平公正。

目前的区块链大体有如下实现方案:

(1)合约中调用外部中心化的随机数发生器获取随机数;

(2)使用区块hash中的某些值作为随机数。

但是这两种方案都有非常明显的弊端,原因在于:

(1)区块链多节点之间智能合约执行结果是要求强一致的,如果合约从外部读取数据,是很有可能获取到不同结果的,进而导致分叉。

(2)区块的哈希可以被控制,导致随机数被控制。由于一些区块链系统没有提供很好的随机数算法,所以很多DApp开发者会自己封装自认为完美的随机数算法导致随机数被预知。

针对以上两个弊端,HonorDecent实现了在随机数上的优化:

HonorDecent在原来的随机数基础上引入了VRF可验证随机函数逻辑,使得随机性进一步增强,以下是具体实现逻辑:

首先,用户使用钱包账户中的HDC购票,3000HDC对应一票。

钱包同时生成一个randNum,哈希过后再结合钱包挖矿地址的私钥,票对应的index等元素再做两次哈希,得到一个公开哈希参数:pubHash=hash(hash(privateKey:index:hash(randNum)))

然后,新购买的票中包含这个pubHash以及randNum并存入区块链,这张票有12小时的成熟期,过了12小时才可以参与挖矿;接着共识算法从区块链中找到已经成熟的票开始打包。

由于共识打包区块操作只在节点本地执行,所以它可以读取本地存储的私钥,算出一个私密哈希并将这个参数放入到挖矿交易中:

privHash=hash(privateKey:index:hash(randNum))

最后,智能合约收到挖矿交易,对比hash(privHash)和pubHash的值,两者一致挖矿交易成功,对应的节点获得挖矿奖励,否则挖矿交易执行失败。

VRF关键术语

SK,PK:VRF中使用的公私钥对,SK为私钥,PK为公钥

M:输入数据

R:VRF哈希输出

P:VRF证明

Prover:证明者,拥有VRF公私钥PK和SK

Verifier:验证者,拥有VRF中的公钥PK

函数组

包括四个函数,分为两类

生成函数

R=VRF_Hash(SK,M)

P=VRF_Proof(SK,M)

验证函数

R=VRF_P2H(P)

VRF_Verify(PK,M,P)

VRF使用流程

(1)证明者生成一对密钥,PK和SK

(2)证明者计算R=VRF_Hash,P=VRF_Proof

(3)证明者把R,P,PK,M递交给验证者

(4)验证者计算,满足VRF_P2H(P)=R并且VRF_Verify(PK,M,P)=True,即验证通过,否则验证不通过

HDC使用VRF实现随机性的流程

(1)SK对应挖矿节点账户的私钥,PK对应挖矿节点账户的公钥。

(2)在2019年HDC升级分叉的那个高度,挖矿节点先读取前一个区块中存储的privHash作为输入M,并通过VRF生成函数分别计算出R和P。

(3)挖矿节点将R和P写入挖矿交易中,打包进区块并广播。

(4)所有节点收到区块,在智能合约中通过VRF验证函数来验证正确性(满足VRF_P2H(P)=R并且VRF_Verify(PK,M,P)=True即验证通过,否则验证不通)

(5)再往后的区块,读取前一个区块中存储的R作为输入M来计算R和P。

(6)可以看出,当前区块引入的随机数,都需要依赖于上一个区块的随机值R,随机值更不容易被控制,随机性大大增强。因此,SPOS共识的实现结合了随机数,由于一般情况下是无法预测其它节点的共识信息,所以也无法获取到它的共识随机数。并且系统设定私密哈希不能提前泄露,就算有恶意矿工自己提前暴露,它对应的票也会被作废,同时本金会被冻结较长时间。再加上系统设定票需要经过12小时的成熟期后才可以参与挖矿,以及在共识逻辑中引入VRF可验证随机函数的实现,每一个区块的随机值都依赖于上一个区块的随机数R,随机性进一步增强。

这些条件组合起来,系统的随机数几乎是无法被操控的。这样当开发者实现的DApp中需要保证公平随机时,就可以直接使用系统提供的这个安全的随机数了。

来源:金色财经

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