起底 PoS 共识的前世今生,展望 Staking Economy 新时代_END:COTI

PoS及Staking都不是一个新的东西,早在2011年PoS的概念就被提出,中间经历了多个阶段逐渐演化到今天百花齐放的PoS公链,以及火热的StakingEconomy。过往的PoS项目有着对矿工激励性不够的问题,技术安全问题及中心化问题,后期的PoS项目不断地根据过往问题而演化,目前看到成熟的有两个方向,一个是DPoS,另一个是PoSBFT,PoS带来了比PoW更好的效能,同时为了吸引早期参与者维护网路安全,现在的增发率普遍在5%-25%之间比过去的1%-2%高出许多,这可能也是一部人开始吹捧Staking经济的原因,回顾历史可以让我们看的更远,我们一起见证PoS的新时代。

原文标题:《解读:第二章PoS发展史》作者:卡咩

一、PoWPoS

一个名为QuantumMechanic的人,2011年7月11日在Bitcointalk论坛首次提出的ProofofStake,当时还没有PoS的简称,是对ProofofWork提出来的。文章预见性的提出了很多现在仍在使用的方案,诸如由持币量代替算力权重,委托权益,奖励分配等等,还有一些词汇像Delegate、Vote、VotingPower等,在2018年的今天我们仍然能看得到:

https://bitcointalk.org/index.php?topic=27787.0

那时候,人们对于PoS的提出都感到非常的兴奋,这种兴奋一直持续到今天,很多后起的项目都开始研究PoS算法的区块链,甚至很多已有的项目都开始考虑转型PoS,以太坊就是最典型的例子。从提出到落地,大概经历了1年左右的发展,2012年8月19日,首个基于PoS共识的区块链项目点点币诞生,Token代号PPC。点点币的出现真正代表了PoS从纸面走向了工程实现的里程碑。

点点币是一种类似BTC的电子货币,SunnyKing在最初设计的时候,可能因为时间过短,没有想清楚如何解决PoS机制下出现的问题,也可能是PoW共识在人们的思维方式里面占据着主要地位,点点币的共识实际上是基于PoWPoS的混合共识,而不是纯PoS的共识,混合共识里面保留继承了大量PoW的设计,PoS算法在其中所起到的作用实际上并没有想象着那么大。但毕竟是第一个将PoS共识工程化到区块链中的项目,在点点币的白皮书里面,我们可以看到很多新的概念,币龄,随机数参数,PoS的checkpoint等等。

美国主持人Jimmy Fallon宣布持有Moonbirds系列NFT:金色财经消息,美国主持人、演员、歌手Jimmy Fallon(吉米·法伦)宣布持有Moonbirds系列NFT。据了解,Jimmy Fallon代表作品有周六夜现场、吉米·法伦深夜秀、吉米今夜秀。[2022/4/20 14:35:51]

混合PoWPoS共识是PoW过渡到PoS的一种过渡阶段。在2009~2014年期间,比特币的PoW还是具有较高的权威性,大部分人对PoW的印象里面,除了浪费资源和效率稍低一点之外,并没有太大的致命性问题,而且很多基于比特币的二代PoW,像莱特币,仅仅因为缩小了区块时间而备受推崇。可以说点点币的设计还是站在了比特币PoW的肩膀上的,并继承了很多好的策略,像激励措施,分叉保护,共识实现,分发策略等等。但是由于PoS共识的实践过程过短,PoS在点点币的实现中以探索的成分居多,所以说这种混合共识其实算是一种过渡方式。

二、纯PoS

PoS在不断发展,继点点币横空出世之后,纯PoS共识成为了人们重点的研究方向。在点点币发布后一年左右的时间,2013年9月28日,一个账号名为BCNext的人在Bitcointalk上宣布启动Nxt项目的众筹。

Nxt是一个100%PoS的项目,没有PoW共识同时存在。Nxt的亮点在于没有和其他的山寨币一样,简单复制比特币代码,然后改变哈希机理,缩短区块之间的时间、或是改变启动难度,而是基于自己全新编写的算法的区块链。强调100%的PoS挖矿,没有预挖。PoS里面要求的股权也完全由捐赠来决定总量和分配,用捐赠的方式把PoW的分发直接分配了。

众筹持续了21天,有73个用户参加,总共捐赠了21个BTC,一起瓜分10个亿Nxt,2013年11月24日,Nxt发布主网,预示着首个100%基于PoS共识的创世区块在Nxt上诞生。

Nxt的发展并不顺利,论坛对Nxt记录历史停留在了2014年5月12。Nxt的没落归结于太过于中心化的开发,代码质量和速度一直跟不上,只有3个开发者并不能完成众多投资者的预期,虽然主网功能的开发顺序有社区投票,但是Nxt还是慢慢的走向了众多投资者的诟病,市值在2014年6月5日达到8千万美元市值的高峰后,留下一地鸡毛。但无论怎么说,和当初众筹的21个BTC比较起来,简直是一个天上一个地下,对比同时期起来项目,真可谓是老来迎新春。再看同时期的点点币和黑币,它们可就没有那么好过了。

Jim Cramer:狗狗币或被监管认定为证券,投资者需小心:金色财经报道,1 月21 日,CNBC知名主持人Jim Cramer发推表示,投资者应该非常小心狗狗币(DOGE),因为它会被认定为证券并受到监管,监管将会了解市场上有多少流通的DOGE,每天有多少DOGE被创造出来并进行交易。

不过,Jim Cramer这一言论遭到DOGE创始人的Billy Markus的质疑,他表示Jim Cramer最好先了解一下区块链的工作原理,每天有多少DOGE被创造出来,其实都写在公链代码里,所有人都可以查看。在“证券”问题上,Billy Markus称DOGE是一种工作量证明加密货币,原理和比特币一样,而且DOGE99.5% 的代码与比特币相同。[2022/1/21 9:03:25]

黑币,最早于2014年2月24号开始公布计划,宣称是基于纯PoS搭建,但实际也是PoWPoS混合共识。那为什么在纯PoS这里说混合共识,是因为黑币上运行的PoW只持续到10000个区块高度,按照1分钟一个块,挖矿时间大概是一个星期左右,随后整个区块的验证将不再接受PoW的挖矿,转而形成PoS的挖矿,从这个角度,加上时间顺序,我把黑币也归结到了纯PoS的阵营中。

PoW挖矿总量最大是10,000,000,进入PoS之后每年通胀1%。纯PoS有更短的区块间隔,更合理的铸币方式,从而吸引了很多早期的人进来挖矿,甚至有很多专门做矿池的开始在论坛收币做验证人。那时候,PoS这种新型共识的确吸引了很多人的眼球,不需要电脑,不需要GPU,只要持币就可以获得奖励。

但黑币的好景也没有持续多长时间,在2014年4月14号,短短不到2个月时间,就将近2千万美元的市值,后一路下挫,几经周折,还是没能逃过摸底的厄运。而因为市值的下挫,1%的增发奖励对于PoSStaking的人来说,也显得杯水车薪了。

虽然,2016年新的一批开发者又重启了对黑币的开发,并花了重金请来正规军,公司化,全面宣传,但是,黑币以及它的PoS也没再回到主流世界的视野中来。还记得黑币经典的宣传语,简直如教科书般的存在:第一个基于纯PoS币,公平启动,没有预挖,没有ICO,以社区为中心,重新回归,比以往更好,比以前更强。

Thefirstfair-launchpureProofofStakecoin.Nopremine.NoICO.Communityfocused.Backagain,betterthanever,strongerthanbefore.

Jimmy Song:50枚转账BTC并非由中本聪转移:金色财经报道,针对此前有消息称50枚BTC从疑似中本聪拥有的钱包转出,比特币核心开发者Jimmy Song在Medium上发文章分析称,该转账非中本聪所为。Song称,被怀疑属于中本聪的比特币显示,在每一块被开采时,会有额外的nonce值增加。但3654区块与这些区块似乎不是由同一个人挖掘。此前,CoinMetrics联合创始人Nic Carter也曾表示,中本聪挖掘了一组特定的区块,被相信是中本聪挖掘的那些区块在nonce中具有特定的模式,但3654区块没有显示出相同的模式。[2020/5/21]

2014年7月18日,一个和黑币共识类似的币,叫影子币,是一种基于聊天匿名的应用币,也基于PoWPoS混合共识,PoW只挖31000个块,随后进入PoS,但是和黑币不一样的是,影子币看到了激励的不足,它提高了每年的通胀率,把黑币的每年1%提到了每年的2%。但进入2015年后,应用币的价值远远还看不到,加上熊市到来,影子币很快就消失在人们的视野中了。

我总结了整个PoS的历史,发现很多基于PoS的项目,基本都出现在2012~2014年,那时候加密货币市场处于上涨周期,带富了一批项目,一批人,很多人虽然都为项目的探索买了单,但是总体上来说在那段时间周期,大家在纸面上都是很好看的。到了2015年~2016年,币圈进入了大熊市,很多项目和开发者就进入了冬眠过冬阶段,也很少有项目再出现吆喝捐赠,IPO或者ICO了,PoS的研究也在市场上消失了一段时间。

排除市场大周期的原因,我们归结那段时间PoS机制币种失败的原因,点点币,Nxt,黑币,影子币都是PoS很早期的探索项目,技术上并未完全考虑全面,另外,对于PoS中Staking的激励太小,无法支持验证人的成本,还有就是去中心化的运行模式在PoS上的应用并不想PoW上那么完善。

年1%~2%的增发比例无法让矿工维持,特别特别是在熊市阶段。这种初创的PoS增发模式,在很多人开来还是足够新鲜的,在初始可能爆发的币价上来看,增发的初期利益只是一个非常重要的诱因罢了,但当投资者面对币价无法带来预期的收益之后,低激励变成了一种鸡肋。矿工看不到收益,自然无法参与网络验证,那么网络要不发生堵塞,要不就是慢性死亡,潜在的攻击成本越来越低。

另外,多数项目的启动都是几个开发者甚至1个开发者发起的项目,Bitcointalk发起一个话题,大概描述要做什么,100%PoS,1%奖励......然后就没有然后了,初次上线后,开发者像中本聪一样隐匿,这样的结果,带来的不是像比特币一样的繁荣,而是死亡。

声音 | Jimmy Song:真正的“去中心化”加密货币要看是否会强制硬分叉:比特币核心开发人员 Jimmy Song表示,判断加密货币是否是真正的“去中心化”主要看三个方面,1、项目创建者在创建项目之后,是否仍然参与项目;2、项目开发团队会强制要求所有用户升级(硬分叉);3、是否存在一个基金会、或管理组织机构会指导加密货币将如何发展。[2019/1/24]

至此,这是PoS的发展第二个阶段。

三、委托PoS

委托PoS,也称作为DelegateProofofStake,DPoS,其雏形诞生在2013年12月8日,DanielLarimer在bitsharetalk首次谈及用投票选择出块人的方式,代替PoS中可能出现的选举随机数被操纵的问题,描述是这样的:

我最近有一个可以用的点子,但是我还不能完全确定是否可行。为何不让持币人选出签名区块的验证人?持币人用币天投票给签名人,当签名人签名的时候会消耗投票人的币龄。没有人会被允许在100个区块里面签超过1个的区块数。这个点子可能会有潜在的问题,但是我会把它加入我的点子库。

Irecentlycameupwithanothersystemthatcouldwork,thoughIamnotfullysoldonit.Whatiftheshareholderselectedpeoplewhowouldsignblocks?YouvoteforthesignerswithCDD.WhentheysigntheyspendtheCDDtheyaccumulatedfrompeoplevotingforthem.Noonewouldbeallowedtosignmorethan1in100blocks.Thisplanhasmanypotentialproblems,butIthoughtIwouldaddittotheideapool.

这就是委托PoS的雏形,这个系统被成功的运用到了比特股上,比特股社区对DPoS的宣传语是:DPoS不仅解决了PoW的浪费资源问题,同时还解决了点点币和未来币的PoS问题。在当时看来,DPoS的确是一种解决方案。虽然比特股的发展也非一番风顺,Dan最终还被踢出比特股的社区,但不可否认的是,委托权益DPoS共识在未来一段时间里,为PoS的进一步发展起到了奠基作用。

比特股的DPoS基于石墨烯平台搭建,这套石墨烯技术后来发展成了DPoS的专用底层,基于石墨烯开发的区块链项目可以直接使用DPoS的共识机制,免去了重复开发的苦恼,像Steemit,EOS,Lisk等都是基于石墨烯平台搭建的DPoS公链。直到现在的2018年,我们仍然可以看到在比特股交易所里面,很多网关资产都是基于石墨烯的DPoS,基于PoS共识的项目在数量上达到了一个数量级。

声音 | 比特币核心开发者Jimmy Song:加密货币领域可以通过验证解决我们的不信任:比特币核心开发者Jimmy Song发推表示,在加密货币中,我们不信任,我们验证。这意味着证明你不是子的责任在你身上。质疑没有益处,因为这是一种信任的形式。[2018/12/28]

的确,DPoS有比较多的优点。DPoS解决了权益使用不及时的问题,是一种让专业人做专业事情的基本原则,可以理解为是国家治理里面的代议制,或者说是人大代表制度,乡里乡镇的居民通过选举选出乡长,然后是镇长,县长,省长等等,这种制度最大的好处就是解决了验证人过多导致的效率低下问题,当然,这种制度也有很明显的缺点,就是中心化诟病。

比特股的初始节点验证人大概人数在100人左右,后逐渐减少到30多,EOS的节点验证人固定在21个人。在去中心化思想被及其推崇的区块链世界里,倾向中心化的项目是容易为人诟病的,很多开发者并不会认同这种委托权益的做法。在2014年开始起源的另外一个项目——Tezos,把去中心化和委托权益更好的结合到了一起。

Tezos的PoS,开发团队更喜欢称之为LPoS,但称之为DPoS也不为过,因为委托权益在Tezos的PoS里是极其重要的一环。为了保证系统安全,PoS希望提高系统代币的Staking量,这样攻击者发动51%攻击的代价就会变得很大。

Tezos解决了初期激励不够大和用户Staking意愿比较低的问题,用年5.5%的增发来给Staking用户作为奖励,同时,用户可以将自己的权益委托给验证人,让验证人帮助委托人行使权益。验证人可以收取用户一点的手续费,作为服务费用,这样验证人节点除了自己Staking的奖励之后,还能得到接受委托的奖励,这种激励对于未来币,黑币的1%~2%的激励,高出了很多。

另外,Tezos的委托和EOS的委托有很多方面不一样,原则上,每一位委托人都可以选择任意候选人进行投票,但由于Tezos和EOS的投票激励不同,导致了不同的结果。Tezos上,委托人可以选中任意一个验证人,投票并获得收益,而EOS的委托选中的验证人只有当选不当选的结果,并没有激励。

EOS上的当选者有责任和义务代表投票人意志,在大部分节点候选人都诚实的情况下,委托人并不能很好的判断出来区别,所以投票动机也变得不一样了。总体上来说,两种DPoS都是根据持币的权重占比给与分配一定的权益,此权益是否委托在于持币人的初始动机,这就是DPoS的精髓了。

Tezos于2018年6月30日上线了主网,目前主网节点数量400多个,验证人100多个。EOS于2018年6月15号启动了主网,主网主节点数量21个,备选节点100个。

四、BFTPoS

拜占庭容错和PoS结合最早是在2014年由Tendermint团队,JaeKwon提出的。而Tendermint前身,则是基于1988年在麻省理工学院开发的经过验证的BFT算法,Tendermint进行了优化和改良。但是Tendermint出来之后一直没有被运营到项目当中,JaeKwon后来创建了Cosmos项目,可以说是基于Tendermin的第一个项目。

按照主网上线时间排序,BFTPoS或者是类BFTPoS的项目应用最早开始于2018年,先是EOS带着BFTDPoS的上线,然后,Tezos的类BFTPoS的算法在EOS后一个月也上线了。而基于Tendermint的第一个项目Cosmos,则会在2019年Q1上线主网,另外,我现在知道的还有Ethereum,Algorand都会采用了BFTPoS的共识算法,具体的上线时间未知。虽然说Tendermint先出来,Cosmos却别别人占据了先机,但是不得不说的是后来者基本都参考了Tendermint的设计,所以Tendermint对BFT在项目中的应用还是起到了很好的带头作用的。2018年~2019年,会是BFT上线大量项目的共识,百花齐放。

BFT容错能给分布式网络带来了可观的抗风险能力,还能带来了较快的区块确认速度,解决区块链分叉问题,并带来一定程度的交易的最终确定性,间接的提高了性能。如果说纯PoS比起纯PoW,仅仅是解决了能源消耗,那么BFTPoS比起纯PoS,那就是除了解决能源消耗外,还解决了PoW的交易确认,交易分叉,性能较低等问题,带来的飞跃是不可忽视的,特别在安全这块,我们来看Tendermint:

Tendermint中很重要的一部分就是它的共识引擎部分,该共识引擎将BFT和PoS共识结合到了一起,持币人通过stake获得验证区块机会,签名完成后,新区块的验证通过3轮提交,2轮2/3的投票过程,来达成最终共识。由于投票是在区块广播后就开始的,那么当它完成了验证之后,新区块即获得了及时确定性,这和比特币交易需要6个区块确认不一样,Tendermint大大缩短了验证时间,使得交易能及时生效,提前避免了交易被回滚,双花等问题的出现。

除了交易确认这块,同时拜占庭容错最大能容忍系统中小于1/3的验证权重宕机,能很好的保证系统运行,可以简单理解为,只要系统中大部分人是诚实的,不管其他验证人怎么做,系统还能运行,不会出现停止,宕机的情况。

基于TendermintCore引擎打造的第一个项目叫Cosmos,Cosmos是一个以提供跨链功能为目的的公有链项目。Cosmoshub是这个项目最重要的部分,也是作为跨链总协调方,如果跨链生态繁荣,多链接入到Cosmos中心,那么这个中心的安全性可见多么的重要。而提到Cosmos,就不得不提到另外一个跨链项目波卡,波卡同样是基于BFT的PoS项目,由以太坊黄皮书撰写人GavinWood带领,云集众多技术牛人,团队阵容可谓强大。只不过,在作者写系列文章时,波卡的GRANDPA共识还在不断改进当中,具体需要等到对于波卡临近上线的时候才能具体分析了。

目前,已经在运行的Tezos,情况良好,只有一次因为Slash判断出现问题,导致整个网络暂停了出块,原因共识机制有部分关系,但是通过手动注入Nonce后解决了问题。除此之外,Tezos运行了小半年,除了受到了低手续费的垃圾交易攻击外,共识部分并没有出现过大的问题。

2014年BFT开始引入到区块链分布式网络,后配合PoS开始开始流行起来,BFTPoS的混合共识已经受到了很多项目的重视,不仅因为BFT这种算法的安全性已经研究了将近30年时间,而且因为这种算法提高系统的抗风险能力和性能,所以我预计未来一段时间内,这种共识会流行很长一段时间。

五、PoS新时代

PoS的研究脚步还在不断前进,安全、性能和去中心化一直都是PoS所追求的方向。2018年后开始发起的一些新起的项目,我看到了它们身上或多或少都有前人的影子,基于此,要不优化了性能,要不优化了安全性,要不极致的优化不可能的铁三角。Algorand和Thunderalla是2018后开始走入我的视野的新项目,这两个项目我认为可以在一定程度上代表了新的PoS时代。如果把PoS的发展分成4年一个轮回的话,恰巧,这两个项目都会在2022左右开始成型。

Algorand和Thunderalla都站在了巨人的肩膀上。由图灵奖得主、MIT教授SivioMicali带领研究的Algorand,专注于新的PoSBFT共识算法,旨在让验证人的选举更加随机,不可预测,以更好的保证系统的安全为研究方向;Thunderella,由两位康奈尔大学计算机教授RafaelPass和ElaineShi发起,旨在解决PoS当中的性能扩展问题,目前理论性能最高可以达到1000~2000Tps。

相信2019年会是PoS丰收的一年,众多2014年~2018年间做的研究将在2019年上线验证,预示PoS2.0时代的开启。我觉得我很幸运能经历PoS两个时代从PoWPoW,到纯PoS,再到DPoS,最后来到BFTPoS新的混合共识里面。我相信,这远远不是终点,而是新时代的起点。

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PoS共识机制

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