【译】W3F Alfonso - Nominated Proof-of-Stake(2)- Overview
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《提名人持有量证明概览》


OpenSquare:本文由 Polkadot Research Team 发布于 Research at W3F,为 NPoS 的第二篇。由 OpenSquare 翻译整理于 CoinAsk,如有问题,请大家及时指正。


波卡将完成提名人持有量证明(NPoS),这是一个相对较新的机制,用来选举参与共识协议的验证者。在本篇笔记中,我们将初步介绍 NPoS,带大家偷瞄 W3F 基金会的本次调研。我们也会对如何特别地选举出验证者作出解释。那 NPoS 在波卡中是如何工作的呢?


验证人和提名人

大约每天一次,系统选出一组实体,我们叫做“验证人”,这个身份在接下去的几个小时,会扮演一个重要的角色,将在高敏感协议,例如“区块创建”和“GRANDPA Finality Gadget”中扮演重要的角色。他们的工作非常重要,他们需要进行计成本的运维、确保高频沟通的及时响应,以及建立长期的可靠信誉。他们也需要质押自己的 DOT,波卡的原生代币,作为自己良好行为的担保,如果行为偏离了协议,也将受到惩罚。反之,按照规则运行将得到很好的报酬。任何一个能完成任务的节点都可以将自己视为验证人候选人。不过,从运维层面考虑,只有少数人可以被选举为验证人,预期今后可达成百至上千。


系统同样鼓励任何 DOT 持有人参与成为一名提名人。提名人公布她信任的验证人候选人名单,质押一定的 DOT 支持他们。如果这些人被选为验证人,在每一次质押的基础上,她与这些人共享酬劳或共担处罚。不像其他验证人,不限数量的参与方可以成为提名人。只要提名人对自己的选择负责,且只支持能确保安全作业的验证人候选人,她的角色风险就较低且能为她提供连续的收入来源。波卡网络中也有其他特殊的角色身份,我们目前只关注这两个角色之间的关联。


- 提名人作用:批准验证人

- 中继链的作用:连接及验证平行链

- 验证人的作用:连接及验证平行链和中继链

- 平行链的作用: 有特定应用的区块链

- 核验人的作用:为验证人提供区块候选人


NPoS 机制

提名人-验证人的安排给了网络强大的安全保障。这赋予了系统在极大质押总额下选举验证人的运行能力——比任何个人持有者的数量要高很多——这限制了低质押的候选人。实际上,任何时候我们都希望,在 NPoS 协议里质押的 DOT 的供应量可以有一个较合理的分配。这可以让攻击者很难被选为验证人(因为他们需要建立一定的信誉得到选举需要的背书),同样让攻击变得高成本(因为任何攻击将导致大量的 DOT 被惩罚)。


我们的 NPoS 机制比 PoW 更有效,也比标准的 PoS 更快。具有可验证终结性的网络必须拥有有限的验证人组合(数量可有治理更改)。NPoS 允许所有的 DOT 虚拟持有人持续地参与,进而通过吸取更多质押额和允许更多人通过挖矿取得收益来维护网络高安全性。


选举过程

如何选举验证人,是通过提名人的选票吗?不像其他 PoS(持有量证明)的项目,验证人的权重通过质押量决定,波卡在共识协议中给到被选举的验证人平等的被投票权。为了反映出这点,提名人的质押数量应该在被选举的验证人中尽可能公平地分配,同时仍然尊重提名人的偏好。在 W3F Research Team,我们使用了选举理论、博弈论和离散优化这些工具,来开发有效的选举流程,提供代表公平和安全的体系,并使之能在今后应用到任何使用 NPoS 的区块链。我们探索了下面这些目标,及其例子:


公平代表原则:19世纪末,瑞典数学家 Lars Edvard Phragmén 提出了一种选举本国国会议员的方法。他注意到当时的选举方法倾向于把所有席位给到最受欢迎的政党;相对而言,他的新方法能保证席位可以按比例分配给被投票的每一个党派,所以可以更多地代表少数在野党。以此方法得到的“资产”,被正式地称为按比例证明典范,并且非常适合 NPoS 选举,因为它能保证任何节点池既没有超过也没有低于实际的选举验证人的质押比例。我们探索性地在 Phragmén 的方法上进行了加工,确保我们的“资产”可以被使用在每一个选举中。



图上描述的是典型的选举过程的质押情况,左边是提名人不同的质押数量,连接右边他们信任的验证人候选人(为了简单,验证人在这个示例中自己没有质押,虽然现实中是有的)。假设我们需要选择 k = 4 的验证人。公平代表资产原则 的规则被笼统地解释为:任何提名人至少持有总质押量 1/k 的代币保证至少有1位他们信任的验证人被选中。如果总质押量是40 DOT,1/4是10 DOT,保证了前两个提名人被一个验证人代表。在下面的图片中,我们看到了可能的三种选举结果:一个结果不符合公平代表资产原则,两个符合。



安全性原则:如果一个提名人选择了两个或者更多他信任的验证人,我们需要在这些验证人中分配她的质押量,这样就能尽可能平衡这些验证人的权重背书,他们也能以此得到较高的背书赢得选举。因此,我们将选举结果的安全性等同于任何选举验证人的最小质押数量。对于最后两个公平代表原则下的选举结果,我们提供质押分配,结果显示他们达到了6和9的高安全系数。


右边的选举结果达到了高安全性,刚好将提名人的质押数量大致平均分给了验证人。NPoS 选举的目标是提供达到公平代表性原则和安全水平足够高的选举结果。这也将一个有挑战性的优化问题提到了一个高度—— NP 完备,为了解决这个完备问题,我们开发了快速近似启发,在安全性和可扩展性上得到了强有力的保障。


能在技术上为波卡带来进展,我们感到很兴奋,这些可能性使 NPoS 和其他高效的机制在区块链里被应用和发展。了解更多关于提名人持有量证明,请移步我们的 Wiki 页面,或阅读研报(OpenSquare 将在下一篇里对研报进行翻译)。

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