试说PoS权益证明里的确定性随机和随机确定性

alisancho26

有关区块链技术里PoS权益证明的基本知识，请自行搜索了解，这里开门见山。


确定性随机

指对确定的数据进行Hash计算，所获得的摘要是确定的，但同时又是不可控的。这类似于一种随机。
确定性的数据可以是：

• a. 上一个区块的Hash值；b. 本区块中交易数据的MerkleRoot-Hash；
  

这里，a已固定没法修改，b值与收集的交易直接相关，很难控制。你无法通过改变它们来获得预期的Hash值，即 Hash(a+b) 可视为不可控的随机值。
（注：为简化设计，后面没有用到 MerkleRoot-Hash 这个值，但a依然是不可控的随机。）


随机确定性

指用随机的数据作为因子，按确定的方式产生结果（如计算最小值）。因子确定，则结果确定。
随机因子：通过上述“确定性随机”得到的数据。

用途：上述随机因子加上铸块者公钥合并再计算的Hash摘要，也可以认为是随机的（用大量拥有币龄的公钥作为变动因子，以构造预期的Hash值是不可能的）。因此可以用它来构造决胜区块的候选者，与其它因素一起，创建共识模型。

共识模型
候选者

• 用“前一区块Hash、铸块者公钥sha256-Hash”合并计算候选者Hash。即：Hash (hashPrevBlock + pubkeyhash) => 候选者
  

权重因子

• 铸块者公钥币龄；
  
• 交易集全部的总销毁币天数；分叉时各子链的高度；
  

决策过程

• 权益声明：每个节点在出块间隔时间内广播自己的pubkeyhash，声明自己在线并以此信息供其它节点校验和评估；
  
• 自我评估：节点以当前自己打包的区块为目标，根据评选公式评估所有候选者（包括自己）被选中的可能，如果自己位列前茅，则可准备出块；出块评选：当达到规定的出块时间间隔后，自我感觉良好的节点发布自己所铸区块，参与竟评；
  

注：

• 规则是确定的，权重因子在区块创建后也是确定的，因此评选结果是确定性的。随机性仅来源于事前；
  
• 各节点以自己所铸区块为标准推测评估其它节点的方式并不准确，但结合币龄销毁权重因子的约束，这种模糊评估似已足够；
  
• 候选者Hash在每一个区块确认后都会发生变化，这种变化可以认为是随机的，因此每一个候选者都有机会获得胜选；
  
• 候选者Hash的优先性计算可以取小值优先、大值优先，也或与前两个区块Hash计算接近度（绝对差值）；并不是每一个节点都必须广播自己的pubkeyhash，如果节点认为自己离胜选遥远，它也可以保持沉默；
  

运行
区块间隔

• 交易本身的时间戳是不准确的，它不会也不必与“真实的时间”吻合，但两个时间戳之间的差值是绝对的，它表达一个真实的时间段；
  
• 若按一个必须的间隔时间产出块，则所有区块的间隔时间之和其实是与现实的时间相衔接的；
  
• 对于当前块的绝对时间值可以容许一个误差，如果出块者标记的时间戳与验证节点根据本机时间计算的差距过大，则可以认为是一种欺骗；因为链的高度是分叉时评估主链的因素，所以铸块者其实倾向于在达到间隔时间后尽早出块（当然也尽量多地收集交易）；
  

激励

• 一般情况下，交易应当支付一笔交易费，免费模式并不能提供长久的可持续性，费用低廉即是便民，这是一个合理的逻辑；
  
• 交易拥有适度代价，既可以抵御无聊的垃圾交易，优化区块体积，也能够为系统的运行提供激励。交易费归铸块者所有，这样使得铸块者会尽量多的打包交易；
  
• 为了让自己的区块被认可，铸块者会即时提交区块，并不会一味贪婪等待收集更多的交易谋求不合适的利益。另外，其它节点为了自己可以在新的区块里打包尽量多的交易，也倾向于否定贪婪的区块。这形成了一种对贪婪的强约束，最终，为了得到可行的利益，大家都得守规矩；交易费是构造一个拥有良好互反馈机制的必不可少的因子。物极必反，在松散难以构造收入来源的P2P里，或许“恰当的”收费才是长久之道（注：公司化运作的免费模式——如杀毒，他们也在通过模式衍生的渠道获益，并非慈善）；
  

攻击

• 攻击者无法预见区块的Hash，只能用尽量多的权益（币龄+公钥数量）争取尽可能多的竟评机会，从“概率”上获胜；
  
• 如果有权铸块的节点足够多，攻击者获胜的概率就会很小，低的获胜率会大幅削弱攻击者的利益驱动；攻击者不仅需要大量的币龄，大量的拥有币龄的公钥数量也促使攻击者被迫帮助币的分散化，这有利于系统的运行；
  

结语

本质上，PoW也是借助于Hash的随机性获得共识能力，它们都依赖于概率和攻击代价设计上的保护。专业矿机的高算力并不能提高攻击者的门槛，相反，它反而提高了普通进入者的门槛，降低了“概率”对系统的保护。对于PoW，抛开资源消耗不谈，我们设想一个场景：在某个币价低迷的时代，矿机大量停机，矿场坚持不住然后低价转让……有心人购入，不高的成本控制了大量算力……。

其实在PoW里，攻击者无需亲自制造大量算力——购入矿机即可。矿机的高算力只是一种假象，它相比于传统计算机的Hash能力遥遥领先，但攻击者已经不必借助传统计算机来实施攻击了。以彼之矛攻彼之盾，水涨船高的道理。

Bitcoin系统采用工作量证明（PoW）来实现出块时间的控制，并依此构造共识机制（谁先完成谁胜出），是编程中复用哲学的体现，无可厚非。PoS权益证明是把币龄理解为另一种“工作量”而推导出来的机制，可以避免PoW消耗资源的弊端，但依然不算完美（复杂，太依赖于权益，可靠性并不足够高）。本文从PoS的基本原理上开始思考，发掘Hash算法所能实现的随机性和确定性，模拟随机概率，借助于“时间间隔”的绝对性，试图建立一个简单但强壮的共识模型。

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作者：@比特点点 [email protected]
施主慈悲：PXheD3xDPu2ZXUmjrXSDFZ4Yi3YJM3kmTu，1Q7U45ZNLyYNYe6yWT7gaf6H6JNRB9Jeih ^^