性能一直以來都是困擾區(qū)塊鏈項(xiàng)目的問題，從BTC到ETH，性能問題在2017年的牛市當(dāng)中暴露出來，并以極其悲觀的速度散播開來，什么一漲網(wǎng)絡(luò)就卡，什么一個(gè)游戲拖垮整個(gè)公鏈，幾乎瞬時(shí)間，面對(duì)BTC和ETH的擴(kuò)容方案如雨后春筍般不斷冒出，那些通過白皮書宣傳每秒可以處理百萬級(jí)交易的項(xiàng)目受到了熱捧。

大區(qū)塊，閃電網(wǎng)絡(luò)，DPoS，側(cè)鏈，zk-SNARKs等方案開始走入人們的視野，其速度更迭之快，頗有科技大爆炸的感覺。這些方案大都帶著誠意而來，但面對(duì)這Vitalik曾提出來的區(qū)塊鏈鐵三角定律，多多少少有點(diǎn)缺胳膊短腿的感覺。性能，安全和去中心化，這3個(gè)指標(biāo)沒有項(xiàng)目能達(dá)到三全，兩全的項(xiàng)目大都突出自己的強(qiáng)勢(shì)，而忽略了自己的劣勢(shì)，市場(chǎng)上的投資者缺少對(duì)技術(shù)的認(rèn)知，大都被宣傳蒙蔽了雙眼，他們的追漲也助推了區(qū)塊鏈項(xiàng)目改變性能的浪潮。

1是BTC的大區(qū)塊擴(kuò)容，2是共識(shí)時(shí)代帶來的擴(kuò)容。在我們所接觸到，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)容方案中，大區(qū)塊擴(kuò)容，共識(shí)升級(jí)和側(cè)鏈方案也是離我們最近的，也是最容易理解的。

大區(qū)塊的擴(kuò)容發(fā)生在BTC上，這個(gè)擴(kuò)容引發(fā)了，起碼是至今區(qū)塊鏈?zhǔn)飞献畲笄叶啻蔚纳鐓^(qū)分裂，BTC成功被同一個(gè)社區(qū)多個(gè)人分裂成了不同的項(xiàng)目，BCH，BSV，SBTC，LBTC.。..。.高達(dá)10多種的社區(qū)分裂幣，把整個(gè)加密貨幣圈子搞的“烏煙瘴氣”，削弱了很多人對(duì)BTC的共識(shí)，也給其他Token帶去了希望。

共識(shí)的擴(kuò)容已經(jīng)脫離BTC的本質(zhì)，從PoW的共識(shí)改變到了PoS的共識(shí)，PoS共識(shí)帶來了合作社形式的共識(shí)，讓PoW礦工的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系變成了合作，這讓整個(gè)共識(shí)效率得到了非常大的提高。而另外一方面，由于PoW礦機(jī)出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的軍備競(jìng)賽，大量的算力被導(dǎo)向了單一礦池，去中心化程度堪憂，PoS共識(shí)的提出有助于解決中心化的問題，這個(gè)提出在2014年，Vitalik提出將以太坊的PoW共識(shí)改成PoS共識(shí)時(shí)達(dá)到高潮。

我們簡(jiǎn)單說，PoS改變性能是基于PoW了。PoW的礦工通過同時(shí)計(jì)算一個(gè)哈希值，誰先計(jì)算出來誰就勝利的方式，獲得共識(shí)，但也使得礦工之間浪費(fèi)了不必要的能量，特別是時(shí)間。PoS的礦工通過選舉算法的方式，隨機(jī)輪流在指定時(shí)間確定出塊，并達(dá)成共識(shí)，這種由系統(tǒng)決定的次序會(huì)比爭(zhēng)奪位置獲得機(jī)會(huì)的性能要優(yōu)化很多。

所以我們?cè)?014年后，看到越來越多基于PoS共識(shí)的公有鏈項(xiàng)目，提出了高于ETH的性能口號(hào)，并且是高出指數(shù)級(jí)別以上的。當(dāng)然，共識(shí)上的優(yōu)勢(shì)并不能讓PoS項(xiàng)目滿足，況且PoS共識(shí)的性能也無法和現(xiàn)實(shí)中的Master和Visa相比較。據(jù)了解，Visa的交易處理速度能達(dá)到4000筆/s，而2018~2019年開始運(yùn)行的公鏈項(xiàng)目，EOS的TPS最高峰有達(dá)到3900，平常也只有60~70左右，而大量PoS公鏈也只有100以內(nèi)的TPS，這樣的TPS針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)來說，已經(jīng)算是比較高的，但是還是不能滿足當(dāng)今顯示的商業(yè)需要。

當(dāng)人們看到了PoS共識(shí)能帶來的性能有限的情況下，基于PoS擴(kuò)容的方案也逐漸開始出現(xiàn)，其中側(cè)鏈和zk-SNARKs是目前比較常見的兩種方案。

側(cè)鏈

側(cè)鏈解決擴(kuò)容是目前業(yè)界一起探索的方向，從閃電網(wǎng)絡(luò)開始，到Plasma，再到Cosmos，Polkadot這種由側(cè)鏈組成的項(xiàng)目，側(cè)鏈方案已經(jīng)開始慢慢從研究走到應(yīng)用當(dāng)中。

側(cè)鏈的解決辦法是將非必要的計(jì)算放在側(cè)鏈上計(jì)算，只把重要的狀態(tài)同步到主鏈。按照Cardano的設(shè)計(jì)方案，主鏈由于承擔(dān)著較為主要的價(jià)值傳輸，要設(shè)計(jì)的盡可能的簡(jiǎn)單，只有簡(jiǎn)單才能達(dá)到足夠的安全，而不會(huì)因?yàn)榇a太過于復(fù)雜審計(jì)不出bug，其他對(duì)安全不是更高優(yōu)先級(jí)的計(jì)算，可以統(tǒng)一放到側(cè)鏈上來計(jì)算，最后將側(cè)鏈計(jì)算的結(jié)果同步到主鏈即可，這樣很好的解決性能和安全的沖突問題，把三角問題放在了一個(gè)不同空間維度來解讀。

另外一個(gè)更深化的解決側(cè)鏈方案是類似Cosmos或者Polkadot的解決方案，Polkadot創(chuàng)建了一個(gè)萬鏈互聯(lián)中心，讓各個(gè)公鏈都變成了Polkadot的側(cè)鏈，這樣的Polkadot可以掛超過100條的側(cè)鏈，這種擴(kuò)容方案是指數(shù)級(jí)的，可以更好的承受計(jì)算壓力。當(dāng)然，這些所有的Polkadot“側(cè)鏈”同樣可以有自己的側(cè)鏈系統(tǒng)，比如Loom項(xiàng)目的側(cè)鏈項(xiàng)目就形成了Cosmos的一個(gè)Zone，叫Plasmchain，并掛在了以太坊項(xiàng)目項(xiàng)目。

目前，側(cè)鏈的方案都在陸續(xù)開發(fā)當(dāng)中，碰到的主要困難在于安全問題，像Plasms這樣的側(cè)鏈如果掛在以太坊下面，需要考慮側(cè)鏈對(duì)于主鏈的安全問題，還有考慮主鏈的ETH跑到側(cè)鏈后是否可以追回的問題等等，這些問題都是目前在困擾著側(cè)鏈項(xiàng)目的，所以還沒有看到一條真正跑得很順的側(cè)鏈，實(shí)際的應(yīng)用上更是少之又少，比特幣的閃電網(wǎng)絡(luò)算是一個(gè)，Omisego的Plasmachain也是一個(gè)，但是他們的應(yīng)用實(shí)在太少了。

側(cè)鏈雖然是一個(gè)種很好的解決方案，但是離我們還有點(diǎn)1~2年，甚至更遠(yuǎn)的時(shí)間。

zk-SNARKs

zk-SNARKs，一種新型的零知識(shí)驗(yàn)證（零知識(shí)驗(yàn)證就是驗(yàn)證：我能證明我知道問題答案，但卻不用告訴你答案），簡(jiǎn)潔，不需要大量交互驗(yàn)證，不需要雙方在線，相對(duì)于傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法，驗(yàn)證快，體積小。

最早運(yùn)用在Zcash上，于18年10月份升級(jí)成2.0版本——Zcash sapling，官方博客放出了兩個(gè)版本的對(duì)比圖，驗(yàn)證時(shí)間從37s縮減到7s，體積從大于3GB縮減到了40M以內(nèi)，質(zhì)變。從此Zcash可以告別只有10%資源用于匿名交易的限制了。

業(yè)界對(duì)于zk-SNARKs的研究也從來沒停止過，但究其從大量的數(shù)學(xué)驗(yàn)證到工程實(shí)現(xiàn)太過于復(fù)雜的原因，實(shí)際發(fā)展的并不太盡如人意。

Tezos在2014年的白皮書里面表示，未來利用zk-SNARKs將匿名交易帶入Tezos的意向，Vatilik也早在16年12月Medium上發(fā)表了關(guān)于zk-SNARKs的系列文章，從數(shù)學(xué)方式到代碼層面做了詳細(xì)的解釋；Eli Ben Sasson，這個(gè)為再備受VaTIlik推薦的大神，其基于zk-SNARKs的STARK匿名算法，STARKWARE也正在這一方向上前行。

對(duì)于zk-SNARKs，匿名和擴(kuò)容似乎可以并存，因?yàn)?.0版本當(dāng)中，Zcash的博客這么描述，此次的提升：

This rough esTImate indicates an 80% reducTIon of proving TIme， and a 98% reduction in memory usage which is a key requirement for opening up mobile support for Zcash shielded addresses.

減少80%的驗(yàn)證實(shí)踐，98%的存儲(chǔ)。這個(gè)驗(yàn)證過程不確定是否可以用在Tezos的驗(yàn)證階段，在Tezos的1分鐘出塊過程中，出塊節(jié)點(diǎn)是提前選好的，從打包交易到廣播全網(wǎng)也很快，花費(fèi)最多的時(shí)間在32個(gè)驗(yàn)證簽名，如果zk能解決這個(gè)驗(yàn)證速度，將對(duì)性能有大的改善。

那zk-SNARKs的擴(kuò)容方案怎么實(shí)現(xiàn)不舍棄去中心化的前提下擴(kuò)容？

zk通過縮減驗(yàn)證體積，加快驗(yàn)證速度來提高性能，這是個(gè)數(shù)學(xué)解決方案。也就是說，通常區(qū)塊鏈廣播交易，需要所有驗(yàn)證人驗(yàn)證并簽名后，才能確定為真（有些鏈的簽名還不是最終確定性，F(xiàn)inality），這其中驗(yàn)證簽名的過程耗時(shí)過長(zhǎng)，導(dǎo)致性能受到影響。

分片通過縮減簽名人數(shù)，Cosmos通過指定人數(shù)的投票通過提前得到確定性，EOS通過減少驗(yàn)證人人數(shù)達(dá)到全部驗(yàn)證的快速度，這其中都是通過減少人數(shù)來達(dá)到的，而zk縮減的是驗(yàn)證過程，而不是人數(shù)，那么確實(shí)是可以保證之前的去中心化的情況下，提高性能的。

zk本身是一個(gè)零知識(shí)驗(yàn)證，這個(gè)驗(yàn)證過程本用于隱私交易，但目前看來本地算法生成驗(yàn)證材料的速度要比網(wǎng)絡(luò)傳播驗(yàn)證要高了去了，這就是zk擴(kuò)容的本質(zhì)了。就像現(xiàn)在的edxxxx算法生成公私鑰對(duì)一樣，不聯(lián)網(wǎng)就生成了，毫秒級(jí)別的，如果把大量驗(yàn)證的過程變成zk的本地算法，提交廣播驗(yàn)證的數(shù)據(jù)壓縮到非常小的范圍，那性能的提高可見會(huì)是指數(shù)級(jí)的。

當(dāng)然，zk的算法同樣中所周知的缺點(diǎn)：在零知識(shí)證明協(xié)議部署前，需要設(shè)置一些初始參數(shù)，這些參數(shù)將在每一次證明與驗(yàn)證中被用到。參數(shù)生成后，參數(shù)生成算法運(yùn)行中使用的所有數(shù)據(jù)必須銷毀，否則整個(gè)協(xié)議將不安全。

那么這次參數(shù)的生成必然會(huì)有一個(gè)來源，這個(gè)來源如果是偽隨機(jī)數(shù)還不能被找到規(guī)律，如果是真隨機(jī)數(shù)還得頭大，且找到可靠人來執(zhí)行，兩種來源的弊端是明顯的，那么這個(gè)問題就出現(xiàn)了：我們?cè)趺聪嘈乓粋€(gè)這么依賴的公共參數(shù)的系統(tǒng)協(xié)議呢？

隨著協(xié)議的發(fā)展，我們看到了解決該辦法的兩種方案

允許人，無人數(shù)限制，無門檻的進(jìn)入到提交參數(shù)的過程中，并公然銷毀數(shù)據(jù)（如Zcash 2.0上線前做的The Power of Tau活動(dòng)，有興趣的小伙伴可以google一下這個(gè)有意思的活動(dòng)）Eli Ben-Sasson 也提出了另一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的零知識(shí)證明協(xié)議 STARKs，該協(xié)議可不需要考慮可信設(shè)置的問題，并依賴于較少的數(shù)學(xué)猜想。

目前的發(fā)展也在進(jìn)行當(dāng)中，這也是為什么我在上面說zk有機(jī)會(huì)成為既可以保證去中心化的同事，又可以進(jìn)行擴(kuò)容的點(diǎn)了?？上驳氖?，第一個(gè)方案已經(jīng)在Zcash上踐行，并且運(yùn)行快幾個(gè)月還比較完好，所以，我們還是有理由期待zk在PoS其他項(xiàng)目上的擴(kuò)容的。

側(cè)鏈解決的是數(shù)據(jù)的分層計(jì)算，zk這種方案是盡可能減少數(shù)據(jù)之間的交互，盡可能的較少數(shù)據(jù)大小，所以兩種方法是不同維度的解決方案，自然，zk也可以用到側(cè)鏈上去，減少側(cè)鏈交互，提高性能?，F(xiàn)在區(qū)塊鏈的性能優(yōu)化在減少底層架構(gòu)，和上層數(shù)據(jù)交換上是一個(gè)大方向，有很大的優(yōu)化空間。

第五章 PoS中的激勵(lì)與懲罰

為什么PoS系統(tǒng)當(dāng)中需要激勵(lì)？沒有激勵(lì)行不行？多少激勵(lì)才足夠？

區(qū)塊鏈的定義來源比特幣，比特幣立志于成為一種無政府主義的電子貨幣，擺脫中心化集權(quán)的控制，并且給所有人帶來自由。自始至終，比特幣給廣大人們帶來的印象就是去中心化和自由，但是，社會(huì)發(fā)展到今天，我們已經(jīng)習(xí)慣了這種中心化思想形成的社會(huì)結(jié)構(gòu)。國(guó)家，公司，乃至家庭，都是不同形態(tài)下的中心。當(dāng)我們要把去中心化當(dāng)成主流的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們要付出的代價(jià)，其實(shí)不小。特別在我們享受比特幣帶來的去中心化思想時(shí)，往往我們忽略的是自由背后所帶來的成本。

作為一個(gè)去中心化的社區(qū)，比特幣需要人運(yùn)行程序來維護(hù)，而且越多的人維護(hù)，系統(tǒng)越安全。以往中心化公司運(yùn)行的成本，其實(shí)相當(dāng)于均攤到了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)人。那么這些人的成本誰來承擔(dān)？難不成都是心甘情愿自掏腰包嗎？

不太可能，所以比特幣的分發(fā)成為了激勵(lì)手段，以及比特幣背后的自由思想所帶來的憧憬，給所有維護(hù)的人們畫了一個(gè)大餅，這個(gè)大餅帶著自由之光，照亮了人們對(duì)于未來暴富的無限遐想。所以，我們看到的是，比特幣實(shí)現(xiàn)了去中心化的自由，用了一種激勵(lì)的手段解決人們前期所付出的成本，這個(gè)可能不對(duì)等，但是確實(shí)一種很好的價(jià)值背書。

那么我們就不難理解了，作為PoW后時(shí)代的PoS，自然同樣需要激勵(lì)來維護(hù)去中心化所帶來的成本。但是由于PoW算力挖礦的方式，被PoS的權(quán)重挖礦方式所替代，意味著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行初期，就需要有足夠的幣來進(jìn)行挖礦。同時(shí)，足夠多的幣才能像足夠多的算力一樣，更安全的保證去中心化的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，那么PoS的激勵(lì)不能像比特幣一樣，由剩余總量作為獎(jiǎng)勵(lì)，而是通過增發(fā)通脹作為激勵(lì)了。

增發(fā)是PoS上最為常見的一種激勵(lì)手段，常年保持一個(gè)比較合理的增發(fā)率，來激勵(lì)礦工有足夠多的動(dòng)力維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的初期發(fā)展特別重要，所以通常，線性改變的增發(fā)率會(huì)把初始值設(shè)置的足夠大，以此來吸引更多的驗(yàn)證人。同時(shí)，這也作為吸引已存在代幣參與到（Staking）網(wǎng)絡(luò)中來驗(yàn)證區(qū)塊的重要點(diǎn)子，不參加網(wǎng)絡(luò)安全驗(yàn)證的代幣會(huì)被增發(fā)的代幣稀釋，這就是著名的PoS稀釋性通脹的概念。

而后，增發(fā)率/通脹率會(huì)成為一個(gè)變化值，至于是多少合適，沒有人能準(zhǔn)確得出來。現(xiàn)在世界里面的貨幣政策，通常是伴隨是通脹和緊縮同時(shí)發(fā)生的，在合適的時(shí)間使用合適的貨幣政策，是目前我們所能認(rèn)識(shí)到的。比特幣給我們帶來的緊縮手段，PoS帶來的通脹手段，都是區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缋锩娴囊唤M實(shí)驗(yàn)。所以很多PoS公有鏈并沒有把通脹率定死，而是初期定值，然后定價(jià)權(quán)交由社區(qū)定奪。

以太坊ETH把通脹率定在了年3%，Tezos和EOS把通脹率都定在了5%左右，Rchain把通脹率定在了7%，Cosmos把通脹率定在了7%~22%。目前來看，2019年要上主網(wǎng)的項(xiàng)目中，通脹率初始值都在5%~10%，看來是業(yè)界普遍的認(rèn)同。

倒不是說這個(gè)是最終的答案，或者說根本沒有人知道答案，真實(shí)的世界里總是復(fù)雜的，所以，拍腦袋決定是也是一種好的辦法，而只要有一個(gè)人拍了腦袋，后面跟著的人連腦袋都不要拍，跟著就好了。

激勵(lì)

PoS上的激勵(lì)機(jī)制從比特幣衍生而來，比特幣需要礦工維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和去中心化，那么激勵(lì)礦工參與網(wǎng)絡(luò)是需要的，受利益驅(qū)使，人們會(huì)追逐礦工出塊所帶來的利潤(rùn)，比特幣將鑄幣分發(fā)做成一種激勵(lì)機(jī)制，使用固定總量，分發(fā)稀缺性來吸引大量礦工涌入，成為比特幣網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的一員。

PoS共識(shí)網(wǎng)絡(luò)也一樣需要維護(hù)，但是PoS的激勵(lì)和比特幣的激勵(lì)不一樣，PoS是新增鑄幣（PoS的存量已經(jīng)在初始分發(fā)時(shí)分發(fā)出去了，相當(dāng)于一些PoW項(xiàng)目里面的預(yù)挖），比特幣是存量鑄幣，所以PoS的通脹設(shè)計(jì)和比特幣的存量分發(fā)設(shè)計(jì)有些許不同，造就了兩種激勵(lì)本質(zhì)上的不一樣。

PoS共識(shí)中，激勵(lì)分為兩個(gè)重要階段

· 啟動(dòng)

· 去中心化

PoS網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)之初的通脹設(shè)計(jì)，是PoS網(wǎng)絡(luò)重中之重，為了防止初始Stake的不足，導(dǎo)致的攻擊成本過低問題，初始的激勵(lì)要足夠大，吸引人們將代幣進(jìn)行Staking，否則，短程攻擊可能會(huì)發(fā)生，交易激勵(lì)可能會(huì)被篡改。一般情況下，啟動(dòng)主網(wǎng)時(shí)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)利用初始分發(fā)中留給自己的代幣（一般是20%）先行Staking維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)禁止其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入，在保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時(shí)間后（一般是小一個(gè)月），再開放給所有持幣人。

而在網(wǎng)絡(luò)順利啟動(dòng)之后，去中心化又成為了一個(gè)重要的激勵(lì)方向，為了防止大戶更大的情況出現(xiàn)，很多項(xiàng)目會(huì)在獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)上做文章，比如單一節(jié)點(diǎn)的總量超過整體總量的1%時(shí)，超出部分將會(huì)的線性較少的獎(jiǎng)勵(lì)，或者不會(huì)獲得獎(jiǎng)勵(lì)。比如有一個(gè)大戶持幣量1.2%，那么0.2%的量是獲得不了獎(jiǎng)勵(lì)的。這樣可以有效的控制PoS中的大戶恒大的問題。

其次，很多PoS項(xiàng)目會(huì)致力于將節(jié)點(diǎn)出塊，驗(yàn)證程序做得足夠簡(jiǎn)單，依賴的設(shè)備隨手可得，讓持幣人能簡(jiǎn)單的參與到項(xiàng)目Staking中來，也會(huì)使得項(xiàng)目更進(jìn)一步的去中心化，而不會(huì)因?yàn)闊o技能，無設(shè)備而導(dǎo)致無法參與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行

PoS中的激勵(lì)是通脹型的，通脹的比例作為參數(shù)被寫到了創(chuàng)世區(qū)塊中，作為可改參數(shù)，意味著社區(qū)有權(quán)利對(duì)通脹率進(jìn)行修改，從而滿足不同時(shí)代下的需求。區(qū)塊鏈項(xiàng)目活的時(shí)間還不夠長(zhǎng)，所以這個(gè)數(shù)字目前還未曾被修改過。不同項(xiàng)目的通脹率會(huì)在一個(gè)范圍內(nèi)（2%~20%）浮動(dòng)，初始值在5%~7%，或有線性減少或是線性增加的趨勢(shì)，來保證合理性。

激勵(lì)的具體行為

一般PoS公有鏈，為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)暫停（Halt）或者是崩潰（Crash），會(huì)盡可能的激勵(lì)出塊人正確行為，同時(shí)會(huì)對(duì)不良行為給與懲罰。這和現(xiàn)實(shí)中正向引導(dǎo)，反向打擊的邏輯是一樣的。區(qū)塊鏈的區(qū)塊是按一定時(shí)間一個(gè)個(gè)接著形成并連在一起的，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)是保證正確并不能被修改的，所以我們可以看到一些具體被激勵(lì)的行為，包括

· 出塊（驗(yàn)證，打包交易）

· 簽名（驗(yàn)證被打包的交易）

· 披露（披露用于生成出塊人選舉的隨機(jī)數(shù)）

· 譴責(zé)（舉報(bào)出塊人不良行為）

· 在線（長(zhǎng)期保持節(jié)點(diǎn)在線）

· 治理（參與鏈上治理行為）

所有的行為對(duì)于區(qū)塊鏈的維護(hù)是有影響的，只要這些行為被正確執(zhí)行，很大概率下，區(qū)塊鏈會(huì)一直運(yùn)行下去。當(dāng)然，隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展，更多新的技術(shù)會(huì)被帶入到現(xiàn)有區(qū)塊鏈中來，那么這些新的技術(shù)又會(huì)帶來新的問題，導(dǎo)致區(qū)塊鏈停止運(yùn)行，甚至崩潰，屆時(shí)新的解決辦法又會(huì)被引入進(jìn)來。

除了以上約束外，PoS中的激勵(lì)中還存在著一些隱患，這些隱患可能還隱藏的比較深，目前沒法對(duì)其做約束或者無法約束。

另外，POS激勵(lì)有很多自己的問題，比如大戶問題，選舉造假問題等，同樣，相對(duì)于比特幣，PoS激勵(lì)和比特幣激勵(lì)也有著相同的一些問題，如激勵(lì)不足，激勵(lì)單一。下面我來說一下幾個(gè)和比特幣相同的問題。

激勵(lì)不足

穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)依賴于穩(wěn)定的礦工群體以及穩(wěn)定的代幣參與（Stake），兩者都依賴于系統(tǒng)代幣對(duì)法幣穩(wěn)定的匯率，或者是說有不斷上漲預(yù)期，這樣才能讓整個(gè)激勵(lì)得以繼續(xù)。從2012年到現(xiàn)在，Peercoin，Nxt，Blackcoin等，我們看到了太多項(xiàng)目因?yàn)閹艃r(jià)掉的太多，導(dǎo)致激勵(lì)不足的情況出現(xiàn)了。這樣會(huì)形成一個(gè)惡性循環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)驗(yàn)證人的要求更高，驗(yàn)證人為此投入的成本越多的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)，幣價(jià)無法補(bǔ)足人們?cè)谄渫度氲馁Y金，這使得網(wǎng)絡(luò)的順利維護(hù)有不好的預(yù)期。

在法幣本位的今天，代幣作為激勵(lì)的方案是區(qū)塊鏈主流，但卻不是商業(yè)主流。當(dāng)驗(yàn)證人成為一種專業(yè)的工種之后，辛勤工作卻不能養(yǎng)家糊口的話，是比較諷刺的。2017年到啟動(dòng)的牛市，把很多人帶入到了幣本位的道路上，但是這些人很快就發(fā)現(xiàn)，幣本位在短期內(nèi)基本都是虧錢的，虧法幣的，這點(diǎn)對(duì)于一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司來說，太致命了。

所以，代幣作為激勵(lì)的手段，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)激勵(lì)不足的問題，如果在1~3年的時(shí)間里面，不能帶來足夠的激勵(lì)的話，那么驗(yàn)證人很容易會(huì)離開這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

激勵(lì)單一

激勵(lì)不足的另外一面就是激勵(lì)太單一，代幣激勵(lì)是一方面，另外一個(gè)方面是驗(yàn)證人獲得獎(jiǎng)勵(lì)的機(jī)會(huì)。目前，提供給驗(yàn)證人獲得獎(jiǎng)勵(lì)的主要機(jī)會(huì)就是出塊和驗(yàn)證（不同的鏈有別的一些細(xì)微的機(jī)會(huì)設(shè)置），這和該驗(yàn)證人持有的幣量權(quán)重或者是接受委托的幣量權(quán)重是息息相關(guān)的，導(dǎo)致的結(jié)果就是驗(yàn)證人如果幣量權(quán)重不夠高，那么他獲得的獎(jiǎng)勵(lì)是很少的。

比如一個(gè)驗(yàn)證人持幣量持幣量只占據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中代幣的0.01%，那么他只能獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)0.01%的出塊和驗(yàn)證機(jī)會(huì)，別以為0.01%已經(jīng)很少了，PoS系統(tǒng)中小于該總量的人大有人在，這和世界上，20%的人占據(jù)了世界總量80%的財(cái)富是一個(gè)道理。PoS代幣中，估值往往是幾十億美元，0.01%就是幾千萬美元，有多少人能有幾千萬美金的？所以，占據(jù)總量0.000001%就很不錯(cuò)了，那這0.000001%對(duì)應(yīng)出塊獎(jiǎng)勵(lì)就很少了。

所以，我們可以看到，這已經(jīng)天然的形成一定的門檻，這個(gè)門檻會(huì)因?yàn)榧?lì)的不足以及單一，使得幣量少的驗(yàn)證人慢慢離開網(wǎng)絡(luò)，最后只剩下頭部的玩家，整個(gè)系統(tǒng)又變成了有錢人的天下，強(qiáng)者恒強(qiáng)。

這和我們?cè)诒忍貛派峡吹降牡V池是境況是一樣的。

無法解決的問題？

目前的各種嘗試當(dāng)中，沒有一個(gè)方案可以完全解決此類問題，大都為嘗試性的解決，但觸動(dòng)不了根基。本質(zhì)上，無法解決的問題是貧富差距問題，任何事情一旦和錢掛鉤，就無法擺脫別人已經(jīng)比你有錢的事實(shí)，企圖劫富濟(jì)貧，那是武俠小說，不是現(xiàn)實(shí)世界。

中本聰愿景是讓所有有電腦的人參與到比特幣的挖礦中來，這本質(zhì)上就把一部分沒有能力購買電腦的人隔離開了，所以世界上無法做到完全的公平，在去中心化的世界里面，也一樣。

但是，我仍然很喜歡看到區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缋锩妫瑸榇烁冻龅膰L試。比如Cosmos的官方客戶端會(huì)針對(duì)頭部驗(yàn)證人做出警示提醒，或是消減平均的收益率，又比如Tezos里面的接受委托和抵押金息息相關(guān)，自己沒有抵押金，則無法獲得獎(jiǎng)勵(lì)。這些都是防止強(qiáng)者恒強(qiáng)的手段，雖然觸發(fā)不到根基，但是有一定的作用。

懲罰

比特幣里面對(duì)礦工是沒有懲罰的，硬要說有懲罰，那就是礦工挖出來了孤塊。孤塊是比特幣里面被拋棄的塊，合法，工作量證明足夠，只不過是因?yàn)閺V播速度或是計(jì)算問題等原因，并沒有被大部分節(jié)點(diǎn)所接收到，而是被另外一個(gè)塊替代了。挖出來的孤塊是沒有比特幣獎(jiǎng)勵(lì)的，對(duì)應(yīng)的礦工需要自己承擔(dān)算力成本，所以競(jìng)爭(zhēng)條件下，付出了算力卻沒得到獎(jiǎng)勵(lì)，也算是變相的一種“懲罰”。

而我在這里說的懲罰，是PoS中獨(dú)有的懲罰機(jī)制，叫Slash，不同于PoW的“懲罰”。

PoS中的懲罰機(jī)制是用來懲罰PoS中礦工的不良行為的。具體的不良行為由不同的鏈自己決定，雖有不同，但大致都是一個(gè)原則，那就是保證系統(tǒng)穩(wěn)定，任何嘗試分叉，雙簽，和長(zhǎng)期不在線的礦工，基本上都會(huì)被懲罰。當(dāng)然，這里的懲罰不單單是和比特幣一樣的沒有獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)還會(huì)扣除出塊人/驗(yàn)證人在系統(tǒng)里面交的抵押金，相當(dāng)于是雙重懲罰。

抵押金是PoS懲罰機(jī)制中獨(dú)有的設(shè)計(jì)，抵押金的引入是解決PoS中多方面問題的一個(gè)綜合解決方案。在PoS共識(shí)中，礦工由算法根據(jù)持幣量權(quán)重選出，這些礦工在出塊時(shí)，作惡的成本要比PoW小的多，因?yàn)榭梢詿o限制的出塊，出多個(gè)塊，簽名分叉鏈等，不誠實(shí)的礦工會(huì)想盡辦法作惡來獲取更多的利益。

在沒有抵押金的時(shí)代，這個(gè)動(dòng)機(jī)顯得十分充足，2012年~2014年的那些年代，礦工幾乎可以隨意的“攻擊”這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，僥幸來欺騙系統(tǒng)來獲得更多的獎(jiǎng)勵(lì)。PoW里面出塊是有成本的，需要消耗算力，電力等，礦工好不容易獲得了出塊機(jī)會(huì)，如果嘗試攻擊系統(tǒng)，一旦被其他礦工識(shí)別出來，失去獎(jiǎng)勵(lì)的成本比作惡獲得的獎(jiǎng)勵(lì)要大，所以這么做就得不償失了。而PoS中，出塊人的自由度是沒有成本可言的，本質(zhì)上就和PoW區(qū)分開了，這就是PoS里面著名的Nothing at Stake的問題（這個(gè)問題會(huì)在第九章節(jié)有具體描述）。

所以引入抵押金后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)礦工行為進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)不法行為，系統(tǒng)將會(huì)扣除礦工的抵押金。而礦工因?yàn)閾?dān)心抵押金會(huì)被扣除，自然也不敢作惡了。

Slash

2014年1月，Vitalik Burtain首次提及了Slasher，后Slash這種手段被廣泛應(yīng)用于PoS共識(shí)當(dāng)中，作為了PoS中解決網(wǎng)絡(luò)安全的一個(gè)重要手段。Slasher可以被翻譯為“劊子手”或者扣除人，Slash可以被翻譯為削減（開支），或者意譯為扣除抵押金。

當(dāng)時(shí)的區(qū)塊世界，PoW還是主流的共識(shí)，很多項(xiàng)目在開始往PoS共識(shí)轉(zhuǎn)，但也是這時(shí)候PoS上一個(gè)重要的缺陷（Nothing at Stake）開始暴露出來，這種缺陷會(huì)導(dǎo)致鏈分叉，從而使得雙花攻擊成功的概率大大提高。

Vitalik提議用懲罰的手段將出塊人的企圖扼殺在搖籃當(dāng)中，這種方法叫做Slasher。區(qū)塊鏈對(duì)分叉或者重復(fù)提交行為進(jìn)行檢測(cè)，一旦檢測(cè)出來，該行為就會(huì)被懲罰（Slash），而懲罰的抵押金意味著Nothing at Stake變成Something at Stake。

那么Somethin at Stake中的Something指的就是現(xiàn)在抵押金（bond，或者叫secure deposit）了，抵押金作為出塊人出塊的基礎(chǔ)，誠實(shí)的出塊人并不會(huì)害怕抵押金被扣除（Slash），因?yàn)樗麄儾粫?huì)去篡改程序，進(jìn)行雙花攻擊，而不誠實(shí)的出塊人因?yàn)榈盅航鹂赡軙?huì)被扣除的可能性，動(dòng)機(jī)減弱。

Slash的抵押金會(huì)被回收到系統(tǒng)中，不同系統(tǒng)對(duì)Slash的抵押金的處理不同，一般情況下，會(huì)全部銷毀（burn），一些系統(tǒng)有舉報(bào)人，如Tezos，Polkadot，這些系統(tǒng)Slash的抵押金會(huì)把少部分給舉報(bào)人，大部分銷毀。還有一種設(shè)計(jì)就是一部分銷毀，一部分流入基金會(huì)的統(tǒng)一池子，用于后續(xù)的社區(qū)/項(xiàng)目資助。

但是，Vitalik并沒有在2014年發(fā)表的博客中介紹Slasher具體的實(shí)現(xiàn)，也沒有提到抵押金，只是闡述了一下Slash的方法論。后Slasher經(jīng)過4年左右時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為PoS共識(shí)當(dāng)中一個(gè)重要的標(biāo)配功能。

Slash的具體行為

現(xiàn)在我們知道了Slash的對(duì)象是出塊人，Slash的結(jié)果是抵押金被扣除，獎(jiǎng)勵(lì)也無法獲得。下面我來說一下Slash的具體行為。不同系統(tǒng)對(duì)于Slash的行為不同，Slash的多少也不相同。我列舉了一下通用的會(huì)被Slash的行為，如

雙塊：指在同一個(gè)高度下，一個(gè)出塊人出多個(gè)塊

雙簽：指在同一個(gè)高度下，一個(gè)驗(yàn)證人驗(yàn)證了不同鏈上上的塊；或者指在同一高度下，一個(gè)驗(yàn)證人在一條鏈上的同一個(gè)塊，簽多次名

有些項(xiàng)目還有把節(jié)點(diǎn)在線時(shí)間和投票情況作為可能會(huì)被Slash的行為，對(duì)于節(jié)點(diǎn)要求是比較嚴(yán)格的，比如Cosmos。

大體上，Slash的行為并不會(huì)很多，或者說不敢有太多，畢竟Slash還是新鮮事物，凡是有兩面，Slash不好，過度，會(huì)對(duì)出塊人生態(tài)造成傷害，特別是區(qū)塊鏈項(xiàng)目并不成熟的情況下，發(fā)生誤殺的話，很難處理。所以，我覺得把Slash用作為分叉殺手锏就可以了，其他的一些行為可以在區(qū)塊鏈項(xiàng)目越來越成熟后再慢慢增加。

Slash多少？

那么抵押金交多少合適呢？扣除抵押金的時(shí)候扣除多少合理呢？這涉及到一個(gè)計(jì)算問題，有兩種算法：

第一種：?jiǎn)螇K抵押，也就是只要是做涉及到獎(jiǎng)勵(lì)的行為的時(shí)候，就需要提前按比例交抵押金

第二種：整體抵押，也就是在做涉及獎(jiǎng)勵(lì)的行為之前，你的持幣量是全部當(dāng)成抵押金的。

在Slash發(fā)生的時(shí)候，第一種是扣除單個(gè)行為所交的所有抵押金，第二種是扣除全部抵押金的一部分，視情節(jié)嚴(yán)重程度來確定。

其實(shí)兩種算法有相似之處，最終的Slash結(jié)果都是落在了抵押金的按比例扣除上。而實(shí)際中，兩種算法對(duì)社區(qū)生態(tài)是有不同影響的。我們先說相似之處的抵押金情況，我們舉個(gè)例子，有一條PoS公有鏈的參數(shù)如下：

年通脹率 5%

初始供應(yīng)量 10億

區(qū)塊時(shí)間間隔 10s

每個(gè)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)=10億*5%/（365*24*60*（60/10）*10）=1.6

一個(gè)礦工持幣量1億，那么他需要交多少抵押金呢？我們?cè)倭袔讉€(gè)系統(tǒng)參數(shù)

抵押金贖回時(shí)間 15天

單塊抵押金為51.2

抵押的幣量=（15*24*60*（60/10）*10）*51，2=66355200

抵押率=66355200/10億=6.6%

個(gè)人出1個(gè)塊需要抵押金=1億*6.6%=6635520

其中單塊抵押金需要51.2個(gè)代幣是按照Tezos的抵押算法算出來的，我并不知道為什么Tezos單個(gè)塊的抵押金是512XTZ，我大概的猜想是為了算出接近8%個(gè)左右的安全抵押率。如果猜想正確的話，PoS抵押金我們認(rèn)為會(huì)在整體持幣量的8%左右。當(dāng)然，Tezos也可能拍腦袋決定的。

如果發(fā)生Slash，按照第一種抵押方式，該個(gè)人會(huì)被扣除6635520個(gè)代幣，但是1億里面其他的代幣并不會(huì)受影響，可以繼續(xù)進(jìn)行出塊。第二種抵押方式，1億個(gè)代幣都在抵押中，只不過在下一個(gè)機(jī)會(huì)獲得之前，他的代幣會(huì)被扣除6635520個(gè)。

激勵(lì)和懲罰是PoS有別于PoW的另外兩個(gè)點(diǎn)，個(gè)別鏈在設(shè)計(jì)上都獨(dú)具匠心，這個(gè)我在第十章中會(huì)有具體的解釋。