POS:PoS共識中驗證人選舉的隨機方案（上）｜技術云圖

從PoW到PoS共識機制的發展，其中面臨著一個共同的問題「由誰產生區塊」，如何安全高效地維護網絡的運行，我們將利用兩篇章節詳細分析其中面臨的難題，以及目前業界已有的解決方案和PlatON的解決方案。區塊鏈技術因其具有去中心化、不可篡改、可驗證和可追溯性等特性，受到各國政府、金融機構和社會組織等高度重視。而作為區塊鏈中的核心，「共識機制」決定了區塊鏈的安全性、去中心化和可擴展性等重要性質，因此顯得尤為重要。最初比特幣所提出的PoW共識機制，通過算力不斷計算一個難題的解來獲得記賬權，造成資源浪費和低效率，另外各大礦池的算力壟斷也導致其逐漸失去去中心化特性。隨后StakingEconomyPoS共識機制被提出，其讓獲得記賬權和擁有的權益相關，權益的占比和獲得記賬權的概率成正比。在該機制中，通過權益選擇生產者節點和驗證節點，由生產者節點提議區塊，一組驗證節點來對區塊進行共識，以解決PoW機制中資源浪費，低效率等問題。隨機數方案

《紐約時報》稱BTC或將轉向PoS的觀點遭到加密社區反對:《紐約時報》稱，預計BTC將采用ETH的權益證明（PoS）機制并放棄嚴重耗能的工作量證明（PoW）機制。加密貨幣社區對此觀點表示反對，人權基金會高管Alex Gladstein在他的一系列推文中將其描述為“廢話”。其表示，《紐約時報》發表此觀點足以說明當今BTC在主流媒體中的普及程度是很糟糕的，只要稍做研究，《紐約時報》就應意識到任何人都不期望BTC轉向PoS。（U.Today）[2021/4/15 20:22:34]

本質上PoW和PoS都是在解決誰出塊，如何安全高效地對區塊達成共識，以維護一個分布式賬本。為了更好地實現去中心化和安全性，所選取出來的節點需要保證隨機。所以如何獲得一個大家都認同的、安全的、一致的隨機數成為關鍵問題。如果直接用區塊內的數據來產生隨機數，那么出塊節點就可以通過調整區塊內的數據來控制隨機數的生成，優先獲得記賬權，從而達到操控鏈的目的。這將帶來安全性問題，因此基于密碼學的各大方案誕生了。VRF

BB：DPOS鏈存在的集中化更多在于延遲問題 而非TPS:8月24日，針對有推特網友表示“DPOS鏈比BTC更容易被壞人接管。這是DPOS做出的妥協，允許更高的TPS，以換取更多的集中化。”BB回應稱，我認為這更多的是延遲問題，而不是TPS。我可以創建一個能達到數千筆TPS的工作鏈證明。[2020/8/24]

目前有不少團隊使用VRF來生成隨機數對選擇區塊生產者和驗證者進行選擇，每個節點私下利用隨機數和權益秘密抽簽，計算是否達到某個閾值，然后再將節點身份和區塊同時公布，這樣節點就能避免受到攻擊被阻止出塊，因此具有較高級別的安全性。整體方案具備后驗性，但由于其秘密抽簽的性質和每輪投票都更換驗證人，因此需要多級步驟來對區塊達成共識。BLS門限簽名

以太坊2.0或將再被推遲 多個競爭對手或搶先運行PoS共識:5月23日，The Daily Hodl發布分析文章稱，以太坊2.0的發布可能會再次推遲，因為開發者計劃在2020年6月升級股權證明（PoS）算法。主要原因是系統中存在多個bug，以及競爭對手正努力超越以太坊以成為市場上第一個成功實現股權證明的區塊鏈。不斷尋找代碼錯誤是推遲最初計劃于2020年1月啟動以太坊2.0的主要原因。由于負責存儲區塊鏈數據和驗證區塊的是客戶端，因此確保它們完全同步是非常重要的。目前，Ethereum 2.0有7個客戶端正在開發中，大多數客戶端都在為Schlesi測試網絡進行優化。Ethereum 2.0的Schlesi測試網絡非常成功，為6月份基于0.12規范的更正式的測試網絡帶來了希望。該小組目前進行的大部分工作致力于糾正代碼中的錯誤和改進檢測方法。但是，以太坊“多客戶端模式”造成了延遲，因為人力資源不足以確保最佳開發。然而擁有多個客戶端對于維護高水平的網絡安全性是至關重要的，并且開發團隊肯定不會為了最佳的啟動時間而犧牲安全性。即使這意味著打破一些承諾并推遲發布。為了加快系統的完善，bug賞金計劃已運行一段時間。雖然Ethereum的開發人員正在修復這些缺陷，但他們的競爭對手很可能會首先獲得運行的股權證明共識，Harmony、Tezos、EOS、Cosmos、Algorand和Qtum現都有可行并可操作的產品。[2020/5/24]

還有利用基于BLS門限簽名生成隨機數，通過隨機數選擇區塊的生產者和驗證組完成共識，使用閾值機制創造隨機性解決了關鍵的「最后一個參與者」問題，即該協議中的最后一個參與者知道下一個隨機值并可決定中止協議。但由于其各組成員事先確定，不具后驗證性，缺乏一定的安全性，并且組內人員數量較大，需要保證大部分節點在線，通訊量巨大效率低下。PVSS

驗證人的選取是根據權益占比和概率選擇區塊生產者，而隨機數是利用PVSS，多方協作生成，保證生成的結果既不可預測又不被Abort，并且通過FTS算法依據權益選取節點，整個選取過程隨機并且去中心化，是第一個被工業界采用的學術界提出來的可證明是安全和健壯的PoS算法。VDF

由斯坦福大學密碼學教授DanBoneh等人在其論文Veri?ableDelayFunction中提出，VDF是一個數學函數能保證結果的唯一性和過程的串行性，該函數接受一些輸入參數并且保證計算需要至少一定時間后才能得到結果，驗證者可以根據輸入參數快速驗證結果的正確性。由于VDF的特性可將其應用以增強安全性，例如在多方交互生成數據時或從某個來源獲取數據時，不直接將結果應用而是將結果輸入到VDF中，避免預知和操縱結果。總結

各類實現方案各有千秋，各自從不同角度、不同目標做出不同的解決方案，但最終無論各類隨機選取方案如何實現，它們都應該以保證去中心化、安全性和高性能為最終目標。在下一篇文章中我們將介紹PlatON中驗證人選舉的隨機方案，敬請期待！

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