今年5月，我們發(fā)布了Harmony基于競(jìng)標(biāo)的抵押機(jī)制的初步設(shè)計(jì)。從那時(shí)起，我們收到了來(lái)自不同方面的反饋和建議，包括抵押即服務(wù)(staking-as-a-
今年5月，我們發(fā)布了Harmony基于競(jìng)標(biāo)的抵押機(jī)制的初步設(shè)計(jì)。從那時(shí)起，我們收到了來(lái)自不同方面的反饋和建議，包括抵押即服務(wù)(staking-as-a-service )公司、個(gè)人驗(yàn)證者、以及以太坊的創(chuàng)始人V神。我們認(rèn)真地對(duì)待這些反饋意見(jiàn)，其中包括頻繁競(jìng)標(biāo)所帶來(lái)的操作負(fù)擔(dān)、以及需要連續(xù)驗(yàn)證7個(gè)epoch(7天)的過(guò)高硬性要求。
此外，對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，還有一些沒(méi)有解決的問(wèn)題，例如如何支持(代幣)委托以及如何在基于分片的區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)出塊獎(jiǎng)勵(lì)的復(fù)利(block reward compounding)。通過(guò)本文，我們討論一下PoS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并隆重推出Harmony的最新抵押機(jī)制-有效抵押證明(Effective Proof-of-Stake: EPoS)。EPoS旨在解決所有這些問(wèn)題，同時(shí)仍然保持區(qū)塊鏈的去中心化。
如何選擇驗(yàn)證者
目前大多數(shù)的PoS區(qū)塊鏈都有所謂”委員會(huì)“的概念，委員會(huì)是一組擁有權(quán)利產(chǎn)生和驗(yàn)證區(qū)塊的驗(yàn)證者(根據(jù)具體區(qū)塊鏈，也叫出塊者、超級(jí)節(jié)點(diǎn)等等)。通常，委員會(huì)的席位數(shù)量是有限的(例如EOS為21，Cosmos為100)。所謂驗(yàn)證者選舉的問(wèn)題基本上就是以什么機(jī)制來(lái)決定誰(shuí)在委員會(huì)中獲得席位。理論上講，這和如何在現(xiàn)實(shí)世界中分配有限資源的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題是類(lèi)似的。在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，分配有限資源的方式可以是(但不限于)：
1)通過(guò)定價(jià)或競(jìng)標(biāo)，這意味著價(jià)高者得之;
2)按照社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，比如社會(huì)地位和聲譽(yù);
3)按照時(shí)間消耗多少，比如排隊(duì)掛號(hào)，按工齡分配福利等;
4)通過(guò)隨機(jī)選擇，比如彩票，搖號(hào)購(gòu)車(chē)等;
事實(shí)上，委員會(huì)中選擇驗(yàn)證者的方法正是通過(guò)類(lèi)似的手段來(lái)解決的。讓我們來(lái)看看現(xiàn)有PoS中的一些常見(jiàn)方法：
第一種：根據(jù)抵押代幣的數(shù)量(Cosmos，Polkadot)：在這個(gè)模型中，抵押金額最高的若干個(gè)驗(yàn)證者獲得有限數(shù)量的席位。這與現(xiàn)實(shí)世界中的競(jìng)標(biāo)非常相似。我們最初的基于競(jìng)標(biāo)的設(shè)計(jì)也屬于這一類(lèi)。
第二種：在所有抵押者之間隨機(jī)選擇(以太坊2.0，Tezos)：該模型對(duì)潛在的驗(yàn)證者的抵押數(shù)量有特定的最小要求。例如，以太坊2.0需要至少32個(gè)以太幣，Tezos需要8,000XTZ，才有資格被隨機(jī)選擇進(jìn)入委員會(huì)。該模型基本上是定價(jià)和隨機(jī)選擇的組合。
第三種：通過(guò)社會(huì)聲譽(yù)和投票(EOS，Tron)：在EOS中，有限的21個(gè)區(qū)塊生產(chǎn)者由驗(yàn)證者從代幣持有者獲得的投票數(shù)量決定，這種類(lèi)似社會(huì)聲譽(yù)的尺度是存在于鏈下的標(biāo)準(zhǔn)。
其實(shí)，PoS中選擇驗(yàn)證者的方法不僅限于上述三種標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間因素也是一種，比如Peercoin就是利用持幣時(shí)間(以及持幣數(shù)量和一定隨機(jī)性)來(lái)決定誰(shuí)擁有出塊權(quán)。
一般而言，我們認(rèn)為第一種依據(jù)鏈上代幣抵押來(lái)選擇驗(yàn)證者的機(jī)制是最有效、經(jīng)濟(jì)上最安全的方式，因?yàn)榇鷰诺盅簩Ⅱ?yàn)證者的利益與區(qū)塊鏈本身的安全緊密綁定在一起，大量抵押代幣后，驗(yàn)證者是不會(huì)有動(dòng)機(jī)去攻擊自己代幣所在的鏈的。對(duì)于EPoS的設(shè)計(jì)，我們決定采用第一種而不是第二種方法，原因在于其簡(jiǎn)單性和有效性。第二種方法雖然為更多的抵押者提供了公平的機(jī)會(huì)，但問(wèn)題是資源利用效率不高，事實(shí)上，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，潛在的驗(yàn)證者只是閑置在那里，等待被選中，這會(huì)大大增加驗(yàn)證者的機(jī)會(huì)成本。
如何分發(fā)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)
通常，對(duì)于每個(gè)成功確認(rèn)的區(qū)塊，PoS系統(tǒng)會(huì)為驗(yàn)證者分發(fā)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，以激勵(lì)他們參與共識(shí)。在大多數(shù)現(xiàn)有的PoS區(qū)塊鏈中，驗(yàn)證者將按照他們抵押的數(shù)量的比例獲得等比例的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。這種設(shè)計(jì)存在“富人越來(lái)越富”的問(wèn)題，最終導(dǎo)致抵押代幣過(guò)于集中。例如，在撰寫(xiě)本文時(shí)，Cosmos的100位驗(yàn)證者中，排名前10的驗(yàn)證者持有超過(guò)50%的抵押代幣。
可以緩解這個(gè)問(wèn)題的另一個(gè)選擇是，無(wú)論驗(yàn)證者的抵押數(shù)量是多少，給所有人同等數(shù)量的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì) - 這也是我們?cè)谧畛醯幕诟?jìng)標(biāo)的抵押設(shè)計(jì)中所提出的想法(類(lèi)似的想法也是Polkadot的抵押模型NPoS的基礎(chǔ))。給予同等獎(jiǎng)勵(lì)可以鼓勵(lì)驗(yàn)證者均勻地分配抵押的代幣，因?yàn)楹托⊥度氲牡盅赫呦啾龋度攵嗟牡盅赫叩幕貓?bào)率會(huì)更低。盡管如此，持幣大戶(hù)仍然可以通過(guò)拆分他們的抵押代幣以多個(gè)抵押者的身份去參與PoS。因此，“富人越來(lái)越富裕”的問(wèn)題并未得到徹底解決，而只是在某種意義上得到了緩解。
除了上面討論的設(shè)計(jì)因素之外，其他更現(xiàn)實(shí)的因素對(duì)于創(chuàng)建一個(gè)對(duì)驗(yàn)證者友好的抵押經(jīng)濟(jì)也是至關(guān)重要的。獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的復(fù)利是驗(yàn)證者最大化其回報(bào)的重要方法。在這方面，提供相同獎(jiǎng)勵(lì)的設(shè)計(jì)是沒(méi)法支持復(fù)利的，因?yàn)槿绻?yàn)證者把新的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)再次加入抵押中，不會(huì)產(chǎn)生更多回報(bào)。
此外，對(duì)代幣委托(delegation)的支持一直是PoS區(qū)塊鏈的標(biāo)準(zhǔn)要求，因?yàn)樗试S普通代幣持有者在不需要運(yùn)行驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)的情況下進(jìn)行抵押并獲得回報(bào)。我們之前基于競(jìng)標(biāo)的初步抵押機(jī)制設(shè)計(jì)并不適合代幣委托，因?yàn)楦?jìng)標(biāo)是一種不確定的行為，委托人的代幣在用于競(jìng)標(biāo)的過(guò)程中難免出現(xiàn)使用不當(dāng)或不充分的問(wèn)題。
而對(duì)于Harmony的分片系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其中有一個(gè)特定的設(shè)計(jì)約束：對(duì)于每個(gè)分片，它的抵押量只有整個(gè)系統(tǒng)的N分之一(N是分片數(shù)量)，它需要包含大量的具有同等權(quán)利(抵押數(shù)量)的驗(yàn)證者，以分散大戶(hù)在分片中的力量(有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱我們的技術(shù)白皮書(shū))。否則，擁有大量抵押代幣的驗(yàn)證者可以輕易攻擊單個(gè)分片(即1%攻擊)。
綜上所述，我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：
● 驗(yàn)證者之間的抵押代幣量需要均勻分布(避免抵押中心化)
● 支持簡(jiǎn)單明細(xì)的委托機(jī)制
● 支持區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的復(fù)利
EPOS機(jī)制防止抵押中心化
Harmony的抵押證明機(jī)制EPoS(Effective Proof-of-Stake)，這是一種高效的抵押機(jī)制，可以避免抵押代幣出現(xiàn)中心化，同時(shí)仍然支持抵押復(fù)利和代幣委托，適合需要大量同等權(quán)利的驗(yàn)證者的分片系統(tǒng)。
驗(yàn)證者選取
在EPoS中，我們將基于抵押者代幣數(shù)量的排名來(lái)選取驗(yàn)證者。具體而言，對(duì)于每個(gè)epoch(約1天)，前1600名抵押者將獲得有限的1600個(gè)驗(yàn)證者席位(4個(gè)分片* 400個(gè)席位)。當(dāng)epoch發(fā)生演進(jìn)，新的抵押排名將決定誰(shuí)是下一個(gè)epoch的驗(yàn)證者。
基于有效抵押的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)
正如前文提過(guò)，無(wú)論是按抵押比例的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制還是一視同仁的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制都不能完全滿(mǎn)足我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)(包括抵押的均勻分配以及抵押復(fù)利的問(wèn)題)。在EPoS中，驗(yàn)證者的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)不是按照它的實(shí)際抵押量來(lái)分配，而是按照其”有效抵押量“的比例來(lái)分配，有效抵押量的共識(shí)定義如下。 我們使用median_stake來(lái)表示前1600名抵押者的中位數(shù)抵押量，而actual_stake是每個(gè)驗(yàn)證者持有的實(shí)際抵押數(shù)量。
這里，c是協(xié)議參數(shù)(例如，c = 0.15)。 驗(yàn)證者的有效抵押量本質(zhì)上是它的實(shí)際抵押量被上限閾值(1 + c)* median_stake和下限閾值(1-c)* median_stake限制之后的數(shù)量。
除了區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)之外，每個(gè)驗(yàn)證者在共識(shí)中的投票權(quán)也由驗(yàn)證者的有效抵押按比例確定。
前1600位驗(yàn)證者的實(shí)際抵押量曲線(xiàn)和有效抵押量
隨著有效抵押的引入，排名較高的驗(yàn)證者實(shí)際上會(huì)因?yàn)榈盅毫颂啻鷰哦艿揭欢ǖ慕?jīng)濟(jì)懲罰，而排名較低的驗(yàn)證者則可以享受額外的獎(jiǎng)勵(lì)。有效抵押充當(dāng)均衡器，推動(dòng)驗(yàn)證者之間更均勻地分配抵押代幣，避免集中。
為了實(shí)現(xiàn)復(fù)利，藍(lán)色和綠色區(qū)域中的驗(yàn)證者可以通過(guò)在同一驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)中反復(fù)抵押區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)直接獲得復(fù)利，而黃色區(qū)域中的驗(yàn)證者只能通過(guò)啟動(dòng)新驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)獲得更多區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。對(duì)于持有大量代幣的礦池而言，這種設(shè)計(jì)迫使其自身去中心化，從而避免單點(diǎn)故障。
此外，EPoS可以支持直觀(guān)有效的代幣委托，代幣持有者可以根據(jù)驗(yàn)證者的傭金率、正常運(yùn)行時(shí)間和其在排名中的位置，將代幣委托給一個(gè)或多個(gè)驗(yàn)證者。在扣除驗(yàn)證者設(shè)定的傭金費(fèi)用后，塊獎(jiǎng)勵(lì)將按委托代幣的比例分配給委托者。對(duì)于委托者來(lái)說(shuō)，委托給綠色領(lǐng)域的驗(yàn)證者在經(jīng)濟(jì)上會(huì)獲得更高回報(bào)，這也可以有效避免大量代幣被委托給頭部驗(yàn)證者，避免抵押中心化。
EPoS的這些設(shè)計(jì)，完全實(shí)現(xiàn)了避免抵押去中心化，同時(shí)支持委托和抵押復(fù)利的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
抵押削減機(jī)制
對(duì)于雙重簽名
● 至少削減2%的抵押代幣。同時(shí)削減的數(shù)量將隨著同時(shí)間被消減的驗(yàn)證者的數(shù)量呈線(xiàn)性增加(例如，如果有三分之一的驗(yàn)證者雙重簽名，則每個(gè)人的削減比例上升到33%)
● 值得一提的是，這個(gè)削減規(guī)則和之前有效抵押機(jī)制對(duì)大戶(hù)自身的去中心化效果相得益彰，如果大戶(hù)的多個(gè)抵押者節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起攻擊，他們的抵押代幣也將會(huì)受到更嚴(yán)重的削減。
對(duì)于節(jié)點(diǎn)不在線(xiàn)
● 每三個(gè)小時(shí)的不在線(xiàn)，驗(yàn)證者的投票權(quán)將被泄露25%，泄露是指部分代幣被強(qiáng)制移出抵押，而并不損失所有權(quán)，這點(diǎn)和消減有區(qū)別。
● 在連續(xù)12小時(shí)不在線(xiàn)后，驗(yàn)證者將喪失所有投票權(quán)并進(jìn)入停滯狀態(tài)。停滯的驗(yàn)證者將接受0.1%代幣消減的懲罰。如果驗(yàn)證者再次上線(xiàn)，其投票權(quán)將重新恢復(fù)。
● 對(duì)于那些處在停滯狀態(tài)的驗(yàn)證者，在下次驗(yàn)證者選舉中，他們不會(huì)被考慮在內(nèi)。他們可以通過(guò)發(fā)送“請(qǐng)求加入”交易，來(lái)重新參與之后的驗(yàn)證者選舉。
最后
抵押機(jī)制和激勵(lì)模型是PoS區(qū)塊鏈的核心組成部分。在某種程度上，它們與區(qū)塊鏈協(xié)議一樣重要。關(guān)于當(dāng)前PoS區(qū)塊鏈的抵押機(jī)制和激勵(lì)模型的信息分散在許多地方，很難清楚地了解這些系統(tǒng)的區(qū)別和具體內(nèi)容。在這方面，我們對(duì)于幾個(gè)主流的PoS項(xiàng)目的抵押和激勵(lì)機(jī)制總結(jié)了一份對(duì)比圖表，其中也包括了有關(guān)Harmony’s抵押工作流程的更多詳細(xì)信息。
最后，對(duì)于想要在主網(wǎng)之前嘗試EPoS機(jī)制的抵押驗(yàn)證者們，歡迎加入我們的Pangaea游戲，這是一個(gè)在Harmony測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上的帶有激勵(lì)模型的游戲。 大家在Pangaea中提出的反饋意見(jiàn)將有助于進(jìn)一步優(yōu)化EPoS的設(shè)計(jì)，為登陸主網(wǎng)做好準(zhǔn)備。（蘭榮堅(jiān)）
