元宇宙:【技術云圖】PoS共識中驗證人選舉的隨機方案（上）

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。

比特小鹿八月份通過自挖礦業務產出383枚BTC，同比增長124%:9月7日消息，吳忌寒旗下礦業公司Bitdeer（比特小鹿）公布2023年8月運營更新，Bitdeer在8月份通過自挖礦業務開采了383個比特幣，同比增長124.0%，環比增長74.1%。截至2023年8月31日，其分配算力從7月31日的7.9EH/s增加了約0.8EH/s，主要貢獻于公司不丹Gedu采礦數據中心新增約7,000臺礦機。[2023/9/7 13:25:10]

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。

前CFTC主席：穩定幣可以連接加密和現實金融世界:金色財經報道，美國商品期貨交易委員會(CFTC)前任主席Timothy Massad在接受CNBC采訪時強調了政府關注穩定幣生態系統的重要性。Massad在接受CNBC采訪時表示，他認為穩定幣是“加密世界和現實世界”之間的橋梁。

他“擔心”監管機構沒有妥善解決穩定幣的風險，而是因為認為穩定幣實際上不起作用而將其排除在討論之外。[2023/7/25 15:58:08]

隨機數方案

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。

IALE Technology：微軟、三星和 Magic Leap是全球元宇宙專利最多的公司:金色財經報道，據西班牙咨詢公司 IALE Technology 的數據顯示，微軟被認為是擁有與元宇宙相關專利最多的公司，緊隨其后的是三星電子，Magic Leap位列第三。在過去的5年里，全球所申請的元宇宙相關專利翻番，超過了2000件，微軟和三星目前所擁有的元宇宙相關的專利，分別已有158件、122件，是元宇宙相關技術專利第1和第2多的公司。元宇宙相關專利在數量上僅次于微軟和三星的，是在2015年憑借一段“鯨魚躍出籃球場地面”的視頻而大火的Magic Leap，之后的則分別是IBM、迪士尼、Meta、Adobe、Verizon、英特爾和Snap。（businesskorea）[2022/7/22 2:32:02]

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

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。

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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