PoS共識中驗證人選舉的隨機方案（上）｜技術云圖_POW

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

Solana Labs聯合創始人：PoW受算力的控制比PoS受權益的控制更多:金色財經報道，Solana Labs聯合創始人Anatoly Yakovenko在社交媒體表示，PoW受算力的控制比PoS受權益的控制更多。在PoS機制中，任何人都可以在任何時候否決任何決定，并在不損失狀態的情況下自行分叉，并以最小的硬件成本實現與母鏈類似的安全水平。而在PoW機制中，創建一個具有類似安全性的分叉成本與母鏈的成本相等。因此，少數用戶無法擁有否決權。[2022/9/22 7:15:01]

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

Chia創始人：PoS機制不會使系統去中心化:Chia創始人Bram Cohen在回復推文時表示，認為權益證明（PoS）系統“工作”并非不可能。如果你讓它有效地集中在幾個作為良性獨裁者運行它的大權益人身上，那么它會運行良好。但它不會（使系統）去中心化。[2021/6/13 23:33:13]

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

Gate.io 第五期ALGO PoS挖礦活期理財今日開售:據官方公告，Gate.io “理財寶”PoS理財服務已于10月14日（今日）16:00上線《ALGO PoS挖礦活期理財第五期》認購，根據網絡產出情況調整。手機App用戶可在行情頁面選擇“理財寶”按鈕參與，手機瀏覽器和電腦Web用戶點擊“理財”-“理財寶”參與。詳情點擊原文鏈接。[2020/10/14]

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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