SPOS 超级节点权益证明



  • SPOS("supernode proof-of-stake"即“超级节点权益证明”)共识机制,是 POS 的发明人 Sunny King 在 2018 年 9 月提出,并将在 VEE 中引入的全新共识机制。SPOS 的一大特点就是采用了固定的出块时间,

    该系统具有 60 个节点,其中 15 个作为主节点,45 个为备用节点。每个节点都具备极高的运算性能和网络带宽,从而让整个体统具备极高的吞吐量和运行效率。

    整个系统具备 60 个铸币槽,每个铸币槽代表了在一分钟内一个固定时间段出块的权限,在系统工作时,各个槽按顺序(由获得该铸币槽所有权的节点)出块。

    每个节点可以竞争各个铸币槽的使用权。由于每个节点对应了一个 VEE 账户,而每个账户下面可以绑定 9 个钱包地址,在竞争时是用其中一个地址去竞争一个槽,而且一个地址也只能竞争一个槽,所以每个节点最多可以同时占有 9 个铸币槽,这样可以防止一个节点占有全部的铸币槽。

    SPOS 系统在运行时其实就是各个节点轮流出块,这就可以把某个节点的偶发性失效对整个系统的影响降到最小。

    由于每个槽上的节点需要按照时间来出块,因此各个节点间的时间同步就显得非常的重要,所以采用了网络时间协议(Network Time Protocol(NTP))来确保各个节点能按顺序进行出块。

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    NTP 是用来使计算机时间同步化的一种协议,它可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟,GPS 等等)做同步化,它可以提供高精准度的时间校正(LAN 上与标准间差小于 1 毫秒,WAN 上几十毫秒),且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。NTP 的目的是在无序的 Internet 环境中提供精确和健壮的时间服务。

    节点可以在任意时刻发起对于一个铸币槽使用权的竞争,但为了防止竞争机制被滥用,因此系统会收取较高额度的竞争费用作为威慑。当一个节点作为挑战者向一个铸币槽的使用权的所有者发起竞争申请,SPOS 协议会比较挑战者在该铸币槽上的账户的权益(stake)和被挑战的挖矿节点在该铸币槽上的账户的权益(stake),然后决定竞争的胜出者,并将该铸币槽的使用权交给胜出的一方。

    虽然竞争的胜出方是通过较多的权益(stake)在竞争中获胜的,但这些权益的流动性仍是可以保证的,铸币节点随后是可以从自己的账户地址转出权益的。

    即使是从 POS 协议的出发点来看,将同一笔权益同时转给不同地址于不同铸币槽的竞争也是被禁止的,这等于是双花攻击。

    然而由于权益具备流动性,有些节点为了铸币槽所有权的竞争,而快速的将权益从一个地址转账到其他地址用于其他铸币槽的竞争,从而形成了繁忙竞争攻击(busy contention attack)。为了防止繁忙竞争攻击,在对铸币槽的竞争中对于地址账户余额的衡量标准采用了余额在时间上的累积均值。如果让权益快速的流动,则地址账户的积累均值就会随时间的推移而大幅下降,从而大幅降低了该地址账户面对挑战时的竞争力,这样当节点发起繁忙竞争攻击时就会导致权益流出的地址账户很容易就丧失了铸币权,从而阻止节点发动此类攻击。

    用户可以将自己的权益(stake)借给节点,当节点通过出块获得收益时,可以按照比例给权益的借出方分红。虽然节点的账户余额在计算时是算上了所租借的权益,但是节点账户无权使用/转移这部分权益,权益的借出方则可以随时撤回这些借出的权益。

    如果一个节点上租借来的权益数量上涨、那么由于单个节点的收益是固定的,那么总权益的上涨势必导致分红率的下降、进而遏制租借权益的上涨,从而形成一套内在的自我调节机制。

    这个系统在设计上看起来更加中心化,但 King 也设计出了一套机制保障网络的安全,确保每一个超级节点(supernode)都有平等的权力,防止某个节点权力过大。如果将 POW 比喻成陈旧缓慢的蒸汽机车,那么 SPOS 就是高速舒适的现代化高铁,是次世代的区块链共识机制。而采用了 SPOS 机制的 VEE 必然能够承担起次世代区块链发展的重任,重塑区块链发展的未来。

    我们总结了部分 SPOS 机制:

    • SPOS超级节点按固定顺序出块;

    • 以15个超级节点开启主网,随着网络增长,超级节点数增长到30-60;

    • 块与块之间间隔是固定的,这样带来了更佳稳定的延迟;

    • 60个铸币槽,分别代表了一分钟的60秒;

    • 抢夺/释放的机制,也给铸币权的竞争更佳公平(相较DPOS,就是比币数,币可以在多个节点重复投票等问题);

    • 铸币平均算法MAB,可以支撑币权更好的流动性,不让币往一个地方跑,保持去中心化,保护网络安全;

    此SPOS机制来带的好处:

    • SPOS底层构建起来,是为高性能区块链所设计的底层结构;

    • 固定的块间隔设计,带来的是兼具高吞吐量和更佳稳定的区块链网络(其他网络的高吞吐都无法保证稳定性,最终也是支持不了高性能业务运行的);

    • 冷铸币的设计,保证了区块链更佳安全的性能;

    • 经济系统的设计,鼓励生态系统持续投入升级超级节点,这样保证了系统的运行效果将不断提升;

    • 区块链技术最大的重点就是共识。我们看到共识技术的不断的进步,这也是极客精神的体现。


 

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