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面向下一代区块链的挖掘:SPoS共识机制浅析

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下一代区块链挖矿:SPoS共识机制简析

摘要:很多人第一次接触区块链时,总会被& quot矿工& quot和& quot采矿& quot。比特币可以被& quot采矿& quot。比特币长在地下吗?而且,还有一群—— & quot矿工& quot。这群矿工能挖& quot地雷& quot在没有挖掘机或者铲子的数字货币世界里,靠着CPU或者显卡堆出来的一堆矿机,有些矿还是有价值的。比如比特币最高的时候,一个比特币的价格是2万美元,比黄金还值钱。即使是现在,一个比特币的价格仍然高达5000多美元。

什么是挖掘,如何挖掘?听我说。让我慢慢给你传递一个信息:

一、比特币挖矿原理

我们知道,区块链技术本质上可以理解为一个巨大的分布式账本。那么,谁来保管这个分布式账本的账目呢?如何保证每个记账员记账数据的准确统一?记账的人记账能得到什么好处?在区块链的世界里,这个簿记员被称为& quot矿工& quot。它叫做& quot采矿& quot为了记账员争夺记账权,正确计算结账结果,记账员得到的好处是& quot地雷& quot,也就是Token。

以比特币为例。中本聪设计了一套天才的解决方案。每笔交易发生后,并没有完成。交易数据必须先写入数据库才成立,对方才能真正收到钱。首先,所有的交易数据将被发送给矿工。矿工负责将这些交易记入区块链。计算hash的过程叫做挖掘,计算hash的机器叫做矿机,操作矿机的人叫做矿工。

根据比特币协议,一个区块的最大大小是1MB,而一个交易大约是500字节,所以一个区块最多可以包含2000多个交易。矿工负责把这2000多个事务打包在一起形成一个块,然后计算这个块的Hash。

中本聪故意增加新街区的难度。他的设计是平均每10分钟,全网就能生成一个新块,一个小时只有6个块。人为设置大量计算和难度系数的结果是,需要很大的计算能力才能得到当前块的有效哈希,然后将新块加入区块链(就像在世界上找到一颗合格的沙子& # 039;s沙)。

矿工之间也存在竞争。谁先解决了这个问题,谁就能第一个在区块链中增加一个新区块,从而享受这个区块的全部利益。其他矿工只能过来抄下那一页,贴在账本后面,然后开始新的记账流程。周而复始,生生不息,账本一页页的增加,账本越来越厚。

从这个角度来说,挖掘实际上是一种安全机制。利用密码哈希函数和非对称加密,保证了区块链网络的挖掘节点在广播分块前投入大量计算,增加了欺诈和作恶的成本,保证了现有数据不可篡改,保证了全网达成共识。

小型比特币矿

比特币的创始人中本聪在2009年1月3日挖出了第一块,得到了50个比特币。这一块是第一块的诞生,它叫做& quot创建块& quot。获得比特币的过程叫做& quot采矿& quot。达到采矿目的的机器叫做& quot矿机& quot而挖矿的人叫做& quot矿工& quot。如果你能在2009年轻松挖矿,你就能轻松获得比特币,但现在这种情况再也不会发生了。个体采矿的时代已经结束。——个比特币的开采经历了从个体开采到矿内集中开采的转变。

第一阶段:个人电脑上的通用中央处理器(CPU)。当初因为挖矿难度很低,普通电脑也能挖出很多比特币,那时候比特币几乎不值钱。比特币挖矿类似于暴力破解过程。

第二阶段是:GPU挖掘,可以让挖掘速度提高几十倍甚至上百倍。著名比特币披萨买家Laszlo Hanyecz是世界上第一个用GPU挖矿的人。

第三阶段是显卡挖矿。这是比特币挖矿史上最热闹的时期,以至于当时无论线上渠道还是线下门店,高端显卡都卖完了。2010年之前CPU基本都是挖矿,全网计算能力一直在1GH/s以下,2011年显卡加入挖矿大军。下半年全网计算能力一举突破10TH,一年增长10000倍!2012年更是轻松超越20/s!显卡机迎来全盛时期[2]。随后,专业矿机诞生,并占据了矿用设备的主流地位。很快,专业矿机从可编程门阵列(FPGA)向高性能专用集成电路(ASIC)转变。而且ASIC矿机的功能参数也在不断进化,更强大的矿机被研发出来投入市场,老的矿机挖矿效率低的被淘汰。目前,如果你不& # 039;不使用专业的矿机,采矿实际上是不可行的。

第四阶段是矿和矿池。随着比特币的价值被越来越多的人认可,挖矿投入的人力物力不断攀升,挖矿行为也从早期的单兵作战迅速演变为专业化、规模化的运营,挖矿现场也从& quot自家后院& quot到& quot专业地雷& quot。加入一个矿池可以增加赢得比赛的概率,但是利润要在所有矿池成员中分配。该矿属于一个松散的矿工联盟,他们汇集他们的采矿资源,分享他们的计算能力。同时,通过一定的算法,矿池的管理者收取一定的管理费,矿工根据自己的计算能力分享开采收益。

第五阶段,使用云挖掘。简单来说,云矿就是个人投钱,然后云矿平台帮你完成剩下的其他事情,包括买机器,开矿,维护。一般来说,云挖掘模式包括主机矿机挖掘、虚拟主机挖掘和租用计算能力挖掘。目前,租用计算能力是最常见的模式。

二、比特币挖矿的弊端

1.ASIC矿机的垄断。电力开采已经成为一个相对不平衡竞争领域。拥有大量资金的矿机制造商(如比特大陆、建安云志)和大型矿商可以生产和/或囤积ASIC矿机。ASIC挖矿比GPU显卡有很大优势。理论上,任何拥有电脑人都可以进行电力开采。中本聪& # 039;的最初想法是& quot工作证明是必不可少的一CPU一票& quot。然而,随着时间流逝,对于CPU/GPU来说,电力开采已经变得非常不经济。比特币矿机已经进入7nm时代。由于芯片研发的复杂性。d工艺,需要巨大的资金投入,ASIC矿机不可避免地被少数行业寡头垄断。

2.能量消耗。采矿是一个计算密集型行业,消耗大量资源-能源和资本。比特币挖矿行业年用电量约为49 TWh——相当于新加坡一年的用电量(来源)。

3.采矿报酬和利润动机。经过近十年的发展,PoW矿业沉淀了大量资金,矿业基础设施已基本完善,拥有成熟的产业链(矿机制造商、矿山运营商、矿工、矿池等。).每个矿工都寻求最大化现金回报,以收回资本投资(采矿机器、矿山、电力)。为此,他们需要及时出售采矿奖励。在此,不考虑此次出售导致的市场货币价格下行风险,矿商更关心采矿激励对自身收益的影响。

矿商有维护网络安全(和价值)的经济动机,但他们更专注于尽快收回投资和支付运营成本。矿工& # 039;优先支持有利于自身利益的网络变革提议——这些提议更多的是优化区块奖励和短期利润,这可能与更广泛的开发者社区不一致。在不一致的情况下,矿工会选择用& quot计算能力& quot。典型的例子有比特币现金分叉(BTC和BCH)和去年11月的计算力大战(BCH和BSV),一度造成网络混乱和币价下跌。

包括以太坊君士坦丁堡的升级,这次升级最有争议的就是采矿奖励降低,极大的损害了以太坊矿工的利益。据TokenGazer的不完全统计,以太坊的节点数以平均每天20个的速度急剧下降,与高峰时相比下降了60%。

4.计算能力的过度集中。在战网中,51%攻击越来越普遍,就像最近以太坊经典(ETC)被51%攻击一样。这个问题核心是电力开采中的公平竞争和规模经济。

拥有资金优势和廉价电力的矿商在获得区块奖励方面有特殊优势。采矿越来越集中。矿工的计算能力越高,对网络的影响力就越大。在一定程度上,一群矿工可以通过计算权力来合谋攻击。虽然比特币网络没有受到攻击,但矿工可以利用他们的计算能力攻击较小的PoW网络和双花,就像BTG和ETC之前遭受的那样。

简而言之,在追求区块链去民主化的共识——去中心化的信任时,PoW变得越来越无能为力。

三。区块链当前主流矿业模式比较

上面我们已经解释过了,挖矿的本质是一个争夺记账权以获得令牌激励的过程。这个过程是基于一套算法实现的,算法的底层是共识机制。有什么样的共识机制,就有什么样的算法。实质上,共识机制决定了挖掘过程和挖掘模式。除了PoW共识,后续还出现了PoS、DPoS、Raft、PBFT和SPoS共识机制,每种共识机制都有相应的挖掘模式。下面,我们对目前主流的挖掘模式进行横向比较:

(1)动力系统:比特币挖矿。需要硬件Asic矿机,依靠矿池和矿来挖矿,专业维护防止黑客攻击,海量矿机支持,廉价电源。没有小1000万很难起步。比特币挖矿,就目前的币价而言,年收入非常有限,比特币挖矿机的淘汰率非常高。当然,比特币作为数字货币的鼻祖和币王,有着非常坚实的共识基础。从目前的长期来看,币价上涨只是时间问题,未来10万美元比特币可期。

(2) PoS系统:大石币。世界币是在中本聪开发的基于比特币的创新货币,改进并增加了双层奖励系统网络等诸多新功能。其中DARKSEND为其提供了更好的匿名支付系统,同时实现了去中心化即时支付功能(InstantX)。虽然对矿池没有硬件要求,但是矿池每年的费用主要包括一年14450人民币和1000世界币。矿池分散,年利润率8%左右。目前最大的挖矿风险主要是币价下跌的风险。

(3) Dpos系统:柚子币。EOS的主网络设有21个主节点和100个备用节点,由所有EOS持有者投票决定。只有投票的前21个节点(相当于21个大矿)才有权依次开采,备用节点保留。EOS矿池需要专业维护和高扩容。矿池维护费用60万人民币,一年锁定9300万柚币。

EOS的随机设计和对投票者没有激励的设计,使得区块链在受到黑客攻击时无法更换新的超级节点,只能等待超级节点修复服务器。区块链有51%的攻击概率。而其他节点可以& # 039;无法生存。

EOS的优势包括:1。用户基数大;2.流动性好;3.生态健康;4.网络相对稳定。缺点?BM走后在无数情况下卡壳,51%进攻防守低,规模成本高,但流动性还不错。

(4)混合系统:DCR信用币。全称是Decred,是一种加密货币,具有先进的PoW PoS混合机制,总数为2100万。所谓混合共识体系加密货币,简而言之就是电力矿工造块,造区块链;POS矿工确认这些区块的合法性,保护用户& # 039;权益,实现连锁经营。其中POW功证明挖矿类似于比特币,每个区块必须& quot批准& quot由随机选择的一组用户链接矿工生产的DCR。如果没有审核通过,就不能链接。除了批准一个区块,这些选定的标准人员还可以投票改变Decred的共识协议,以便他们可以影响网络的长期演进。这个架构在用户、矿工和开发者之间建立了一个公平的制衡机制。

DCR矿池需要专业维护,防止黑客攻击,PoS没有硬件。需要海量矿机支持,还要面临被黑的危险。目前巨头占据矿池,中心化问题明显。DCR在中国大陆是一种不受欢迎的货币,没有多少人参与采矿。pow端未知,计算能力不稳定。新矿机上市,马上就洗。PoS在10%左右,算力暴涨淘汰矿机,PoS币价不稳定。

(5)转化系:以太坊(ETH)。以太坊网络从PoW机制到PoS机制的转变,从协议公布开始就被写入了以太坊发展路线图和黄皮书。PoW机制虽然在达成分权共识上是有效的,但也消耗了大量的精力,经济形势不是定局,也没有有效的策略打破企业垄断。过度的能源消耗,对大量矿用耗材的需求,矿池的集中化以及新兴的ASIC市场.所有这些原因为尽快实现转变提供了明确的动力。2018年4月20日,以太坊的开发者发布了以太坊改进协议EIP 1011。在这个EIP文件中,其中一个升级的参数是将当前以太坊块奖励从3 ETH降低到0.6 ETH:在& quot激励& quot在协议的部分内容中,以太坊开发者明确表示升级的最终目标是将邰方网络从PoW系统切换到PoS系统。

目前以太坊挖矿还处于过渡期,pow未知,计算能力不稳定。新显卡或Asic矿机上市,马上就洗。PoS终端没有明确公布。以太坊积极拥抱pos,或许能稳住老二的位置。但由于涨幅较大,未来上涨空间有限。

4.为什么SPoS挖掘模式更好?

(一)SPoS共识机制原则。

这种动力机制是通过中本聪比特币发明的。SunnyKing通过发明小硬币发明了PoS机。PoW工作得很好,但是PoS不是很受欢迎。SunnyKing曾经发表过一篇文章,描述他的认知升级。他认为现实世界是多中心的。整个人类是一个多中心的世界,一个国家就是一个中心。多个中心形成一个庞大的系统。

SunnyKing & # 039的分散思维遇到了性能瓶颈。大量的现实世界并不是去中心化的,自然进化形成了多中心系统。比特币矿池和大矿的诞生也证明了多中心性是复杂系统进化的方向。于是,Sunny King在2018年带领一批数据库科学家重出江湖,在他的新区块链系统中采用了多中心架构3354 spos(Super Node Proof-of-stage,中文翻译就是超级节点PoS共识机制)。

是不是觉得这个机制有点眼熟!是啊!布斯觉得这有点类似于现实世界中的五个常任理事国和十个非常任理事国。但在SPoS机制下,没有永久成员,各超级节点的记账权靠竞争。这个竞争过程是一个& quot挑战& quot到任何节点。

& quot挑战& quot就是选择& quot现任节点& quot成为& quot现任节点& quot你自己。"挑战& quot通过使用参数& quot加权平均货币年龄& quot。

在SPoS机制下,块节点成为一个中心节点,它们共同构成一个多中心系统。SPoS机制的特点是系统设置固定数量的封锁节点,节点按顺序封锁,封锁时间固定。使用SPoS,我们可以得到比分散一致机制更高的输出速度和tps。

网络结构中的多中心机制和分散机制有质的区别。去中心化共识机制的节点是一个P2P网络,每个节点都需要找出自己在哪里。但是,在多中心节点系统中,节点共同形成一个有序的网络,它们相互认识& # 039;的存在。

(SPoS与PoS和dpo的区别:

1.共识哲学设计是不同的。

SPoS延续了PoS原教旨主义,而DPoS则变成了& quot叉子& quot的位置。

SPO延续了PoS原教旨主义中以利益为力量的哲学思想,持币者是整个网络的核心。

王晴在王峰& # 039;s十问spo和dpo存在显著差异,spo中股权的多少决定了决策权的权重。用中国& # 039;全国人民& # 039;美国的国会制度类似于SPoS。超级节点是代表货币持有者行使权利的代言人,货币持有者的利益与超级节点捆绑在一起。DPoS更像是公司治理。股东(货币权所有者)可以投票选举高管(铸币节点),但他们不会& # 039;他们没有收入,也没有投票的动力,高管们也没有。我不必服从股东。

在SPoS中,明确提出生态设计完全由持币者主导:

超级节点=矿池

货币持有者=矿工

硬币=采矿机

在这里,超级节点类似于PoW共识机制中的矿池,而硬币则是矿机。矿工& # 039;币可以自由选择矿池,相当灵活。作为矿商,不像dpo,钱持有者可以从矿池分配中获得收益,这是对所有生态建设者的激励。这很好的解决了主网冷启动的问题,可以避免类似早期EOS的持币人参与度低的问题。

简单的总结就是

SPoS可以挖矿,持币人获得80%收益,超级节点是矿池获得20%收益。

dpo可以& # 039;t矿,持币人拿0利润,超级节点拿100%利润。

2.算法的完善

Sunny King从数学角度简化和优化了SPoS的一致性算法设计,使得SPoS的性能和安全性高于DPoS,从程序角度保证了区块链的安全性和性能。

DPoS & # 039的组块顺序是随机的,而SPoS & # 039的分块顺序是由超级节点决定的。它& # 039;s是因为DPoS多了一个随机计算的步骤,导致海量处理时多了30-50%以上的时间。

白皮书显示,SPoS从数学上优化了共识设计,更加合理,可扩展性更强。因为按固定顺序排序后,系统的响应速度会更快,更有预见性,更稳定。目前,SPoS总共设计了15个可以屏蔽的超级节点。全网每4秒就会封锁一次,1分钟内15个节点依次封锁。当系统需要提高性能时,SPoS机制还可以升级超级节点的数量,阻塞时间也会成比例地缩短。

可以这样理解:

dpo和spo在不同的地方玩扔手帕游戏。

1)DPoS每次选择21个人作为一个圈的超级节点,然后一个叫System的人负责在某个节点后面随机扔手帕。那些被系统留着手绢的人,中间会表演一个节目。

2)SPoS选取15个人作为超级节点,他们也组成一个圈子。系统给每个节点分配一个数字,第一次扔给节点1,第二次扔给节点2,第三次扔给节点3,依此类推。因此,15个人知道他们在舞台上表演的顺序。因为顺序是确定的,节点可以提前做好充分的准备,而抛手帕的系统可以不假思索的做到。

3.安全性的差异

已经封闭一年的Sunny King总结了PoS的所有缺陷,找到了所有的解决方案。

SPoS采用了冷币的技术,可以理解为用户通过连接自己钱包里的超级节点,就可以用硬币来挖矿,而不需要把自己的硬币转移到超级节点。在安全性方面,这使得用户可以在超级节点被黑客攻击后,迅速将自己的钱租赁给新的超级节点,使黑客几乎不可能攻击51%。

同时,SPoS还设计了名为& quotMAB & quot;这使得货币持有者可以& quot频繁攻击& quot区块链不能频繁更换超级节点,导致超级节点的混乱。

这两点在dpo中是没有的,因为没有对金钱持有者的激励。所以,如果某个超级节点被黑了,持币者不会投新的超级节点。超级节点只能自己想办法修复节点,而整个区块链都会受到严重影响。如果黑客持续攻击超过51%的节点,他们可以控制DPoS区块链。

4.经济平衡的差异

与DPoS类似,SPoS除了超级节点之外还有备选节点。不同的是,dpo的49个备选节点有相应的收益(但比超级节点少得多),而spo的备选节点没有收益,因此spo的超级节点成为更稀缺的资源,必须积极构建,有效竞争才能挤进来获取收益。这就形成了节点之间的自由竞争关系,这种机制有助于系统的良性发展。

目前DPoS的超级节点数量只有21个,而SPoS的超级节点数量原本是15个,在系统需要更高性能时可以扩展到30个甚至最高60个。当有30个超级节点时,阻塞时间将从4秒缩短到2秒,当有60个超级节点时,阻塞时间将缩短到1秒。超级节点越多,系统就越分散。当SPoS可以扩展到30或60个超级节点时,系统将更加分散。

SPoS的所有超级节点的收入都是固定的,完全一样的,从根本上阻止了手握过多资金的人越来越富,导致虚拟经济中的贫富差距越来越大。而DPoS超级节点的人头收入远大于备份节点,这也形成了目前EOS超级节点被少数利益相关者控制的局面。

众所周知,DPoS的核心缺陷是,最终交易所占据了20多个超级节点,占据了主要区块链输出的激励货币,而其他节点几乎难以生存。详情请查看:

SPoS被设计成所有超级节点都是一样的收益,收益需要分给钱的持有者,这样超级节点就变成了矿池,这几乎让交易所想占领超级节点的想法成为了泡影。也就是说SPoS的超级节点是全民运动,不会被巨头控制。也是值得长期做的,不管你是超级节点还是大矿工。

SPoS在生态平衡上完全超越DPoS。它给硬币持有者带来了更大的动力来共同建设区块链,也避免了中央集权的危险。

(三)spo的三个技术特征和两个经济特征

3大技术特征

固定序列和固定间隔块

冷硬币

超级节点

2巨大的经济特征

权益所有者和封锁超级节点都有参与封锁的动机。

造币收益由超级节点和股权所有人分享,分享比例由超级节点之间的竞争决定。

之前说参与分块的权益总量标志着比特币的计算能力,所以上述设计保证了绝大多数权益会参与SPoS共识机制的分块过程,这也带来了极大的安全性。

铸币权和铸币收益均分,消除矿池集中化风险。

铸币期的平等铸币权使得网络中的超级节点地位平等,铸币产量相同。这与比特币挖矿设计形成鲜明对比。在比特币挖矿中,没有防止坑市场垄断的内在机制,这已经成为系统去中心化的现实威胁。

铸币时代的平等铸币权在铸币经济中起着不可或缺的作用。超级节点形成一个由硬币池组成的市场。铸币市场决定租赁利率。因为股权所有者有理性偏好将其股权租赁给支付较高利率的超级节点,但对于支付较高利率的超级节点来说,铸币的产出(即收益)是固定的,租赁更多的股权会迫使其降低租金率,所以存在一个平衡点,作为内力迫使超级节点的租金率相等。

作者:钱摊

(作者:VSYS信徒,其内容来自外链& # 039;的开放内容平台& quot德豪& quot;本文仅代表作者& # 039;s观点,非链官方立场)

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作者: 贸易看时间

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