CelesOS研究院丨DPoW共识机制-可燃烧的挖矿与投票

通证经济和区块链相辅相成，同时，区块链又是通证经济的基础技术架构，构成区块链的基础是共识机制。
主流区块链比特币、以太坊、EOS 都在”不可能三角“的某个特性上做了妥协。

比特币作为一种去中心化的数字货币，牺牲了性能特性，满足了去中心化和安全的设计需求。目前攻击比特币所需的代价是所有 PoW 公链中最高的。随着 ASIC 矿机自身的更新换代和新矿机持续地加入，均能不断提高全网算力。

以太坊 2.0将采用权益证明（PoS）共识机制。在以太坊网络上，不但可以转账，还可以运行智能合约，应用场景更复杂，但目前以太坊性能低下，更容易发生拥堵。

EOS作为区块链应用平台，经常被外界指责有中心化的嫌疑。EOS 采用的是代理权益证明（DPoS)共识机制，21 个超级节点负责记账、出块，现在 EOS 主网 TPS 最多可达到四千多。因为节点数量少，所以在三大公链的“去中心化”方面，最容易被外界质疑。

没有效率的区块链只会是实验室里的游戏，仅有效率却没有去中心化的区块链只能成为大户收割的狩猎场。

新一代共识算法DPoW

有没有什么共识机制能够在去中心化与效率之间取得一个较好的平衡，并且能够给予矿工足够的动力投资硬件资源？如果把“取得记账权”和“出块获取奖励”这两个动作分开，上述困境就能迎刃而解。DPoW即是将“取得记账权”和“出块获取奖励”这两个动作分开，最终达到效率和中心化平衡的效果。

DPoW是建立在PoB与DPoS基础上的新一代共识机制，借鉴了前辈共识机制的设计理念和运行的经验，在此基础上形成DPoW共识机制。

解释DPoW前，需要先说明什么叫PoB。

PoB（Proof of Burn）叫做焚烧证明机制。（来源：https://en.bitcoin.it/wiki/Proof_of_burn）

PoB是一种通过焚烧自己手中的代币来表决谁拥有对网络的领导地位的承诺。焚烧代币的数量越多，能获得网络领导地位的概率越高。

PoB是分布式共识的一种方法，也是工作量证明机制的替代方法。它也可以用来引导一种加密货币。

在基于DPoW的区块链中，矿工mining所获得的不再是奖励的代币，而是可以焚烧的“wood”——燃木。矿工使用自己的算力，通过哈希算法，最终证明自己的工作量之后，获取对应的wood，wood不可交易。当wood积攒到一定量之后，可以前往燃烧场地燃烧wood。

DPoW技术方案

使用算力投票是本发明最大的革新。其特征在于通过PoW算法的工作量证明来代替权益作为选票，同时保留BFT-DPoS的出块机制。
具体实现步骤：

1.POW题目获取

工作量证明的题目获取。本发明的工作量证明是对一个PoW难题进行Hash运算；难题的题目：

target = hash(block_id + account) ^ difficulty

2.POW难题求解

针对该难题进行一个随机数（nonce）的数学Hash运算，如果得到的Hash值小于某个特定的值，则得到该难题的解；

难题的求解过程：

nonce=random()ret = max()while(ret > target) { if(hash(nonce+account + block_id）< target) { wood = nonce; break; } nonce++;}

3.投票

投票就是将难题计算出来的解投给候选BP，通过此方式提交到区块链，并计入区块链的状态数据库中；在一个选举周期内，每个投票者可算出的解的最大值就是N，每个解只能投给一个候选BP，可投出的选票数量也就为N。

投票所需提交信息及过程：

难题的解

矿工账号

区块id

区块

投票对象（候选BP）

验证投票是否有效

验证通过后，然后计入到BP的名下

4.计票

在一个选举周期结束时，开始计票，根据候选BP名下的票数从大到小排序，取排名靠前的X个候选BP，插入BP列表，并将当选的BP出块顺序写入到区块链状态数据中。

X为系统出块的BP数目，为3的倍数，并在创世块设置，不可更改。

5.出块

DPoW出块机制与BFT-DPoS相同，当选BP以自身的网络资源状况商议出一个出块权拥有顺序，每个BP节点拥有出块权时区块奖励是每个有效的不可逆块得到固定奖励。同时已出的区块使用BFT的签名机制，在得到2/3 BP的签名后，区块就会成为不可逆区块。

DPoW均衡优势

与现有技术方案相比，DPoW共识协议中

1.当燃木的存量较多的时候，系统内的节点倾向燃烧燃木进行投票，而不是通过算力伐木，这个时候就与DPoS的模式类似。

2.当燃木存量较少的时候，本系统内的节点倾向伐木获得燃木进行投票，这时候就和PoW类似，展现去中心化的特性。BP为了保证系统的高速运行和吸引票源，会维持对计算机资源的稳定投入，使本系统保持高效。

什么时候进行伐木或者燃烧投票取决于节点自己的最优选择，这就会出现在PoW和DPoS两个共识机制之间连续的摇摆。这样就会在需要去中心化的时候，自动的摇摆到接近PoW的模式上，在需要效率的时候，自动摇摆到接近DPoS的模式上。

对于一个系统来说，是否去中心化不在于是否每个块都需要去中心化，其关键在于这个系统是否能够在需要的时候提供一个去中心化和公平竞争的入口。只要这个入口是合理存在的，这个系统就被认为是去中心化的。
将伐木投票与出块去耦化，伐木投票与出块是异步完成的，从而达到去中心化与高效的保证。

DPoW在以往区块链技术的实践中，总结更新，可以做到兼顾去中心化和效率，鱼和熊掌可以兼得。

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本文来源：CelesOS
原文标题：CelesOS研究院丨DPoW共识机制-可燃烧的挖矿与投票

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编译者/作者：CelesOS

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