SPoS共识机制介绍——SunnyKing从去中心化到多中心思维的转变

第0章介绍

Vsystems的白皮书有两份，一份是vsystems的系统白皮书，一份是SPoS共识机制的白皮书。 可见，在SunnyKing团队中简述比特币工作机制，SPoS共识机制的定位相当重要。

第一章 什么是共识机制

区块链系统是一个分布式计算系统，即一个账本由许多节点（计算机）共同维护。 区块链维护账本包括谁将更新新的账本页面，并在所有节点之间同步账本。

共识机制是让所有节点在区块链系统中达成一个共同的决策方法——哪个节点更新新的账本页面，其他节点将自己的账本同步到最新的账本页面。

用更专业的术语来说，共识机制是决定哪些节点可以生成块的算法。

第二章 去中心化共识机制

比特币的共识机制是工作量证明（PoW），点点币的共识机制是权益证明（PoS）。 PoW 和 PoS 都是去中心化的共识机制。

PoW 和 PoS 都没有规定总共有多少节点可以出块。 理论上，可以有无限数量的出块节点。

PoW机制是系统发送一个“目标值”，它是一个数字，比如前面有19个零的数字，只要你的节点能提供一个前面有20个零的数字，通过特定的算法计算出来，你可以获得电源输出块。

在PoW机制下，消耗能量来完成计算，我认为这是合理的。 但是，整个加密数字货币社区中，有很大的声音说 PoW 是错误的，浪费能源。 PoS 的诞生是建立在反对 PoW 消耗能源的基础上的。

PoS是所有节点发行的一个叫做“币龄”的值，“币龄=币的数量×币的持有时间”，相对于大小，谁的币龄大，谁就有权出块。

PoW 和 PoS 模型可以实现去中心化。 任何人都可以购买矿机或硬币来加入区块生成的游戏。

PoW 出块的原理决定了竞争出块需要真实的能源消耗。 同样的高度，即使你不去争夺出块权，你还是会消耗真实的算力。 每个高度都有新的区块诞生后，之前的所有计算都作废，大家同时站在同一起跑线上重新计算。

在 PoS 中生产区块需要实际消耗币龄。 一旦 PoS 节点获得出块权，其币龄将清零，必须积累才能参与游戏。 但是只要你不出块，你的币龄就不会因为别人出块而被消耗掉。 这与 PoW 不同。 PoW 是别人的区块，你的计算得清零。

目前，纯PoS共识机制似乎大行其道，Peercoin已经被边缘化。 ADA 币看起来是最成熟的 PoS。 ADA币的PoS模块分叉最多。

PoW 和 PoS 出块的另一大特点是出块的时间分布是随机的，在统计意义上只能得到一个平均的出块时间。 比如比特币的平均出块时间是10分钟，但是具体的两个出块时间间隔可能是几秒，也可能是1小时以上。

第三章 多中心共识机制——SPoS

中本聪通过比特币发明了 PoW 机制。 SunnyKing 通过发明 Peercoin 发明了 PoS 机制。 PoW 工作得很好，但 PoS 还没有变得很流行。 SunnyKing曾发表过一篇文章简述比特币工作机制，描述他的认知升级。 他认为现实世界是多中心的。 整个人类是一个多中心的世界，国家是一个中心。 多个中心组成一个庞大的系统。

SunnyKing 认为去中心化在性能上遇到了瓶颈。 大量现实世界不是去中心化的，自然演化形成多中心系统。 比特币矿池的诞生和大型矿场的诞生也证明了多中心是复杂系统的演化方向。

因此，SunnyKing 在他的新区块链系统中采用了多中心架构——SPoS。

在 SPoS 机制下，出块节点的数量是有限的。 目前，vsys 共有 15 个出块节点，称为超级节点。 超级节点分为两类，一个是“选举节点”，另一个是“现有节点”。 当前节点是可以出块的节点。 要成为区块生产者，首先需要完成“挑战”。

“挑战”的过程就是选出“现任节点”，成为“现任节点”。 “挑战”是使用参数“加权平均币龄”完成的。

vsys币还具有币龄属性，这一点与比特币、点点币如出一辙。 “币龄=余额x持币天数”，以“币天数”为单位。 只要持币，就可以累计币龄，只要转币，币龄就会被销毁。

但是币龄在比特币的UTXO模型下是非常方便计算的，因为UTXO和钱包里的余额是不同的概念，钱包余额是UTXO的总和。 币龄只需要计算UTXO持币剩余天数，钱包内余额的币龄总和就是所有UTXO币龄的累加。 但是在账户体系下，比如以太坊，计算币龄是非常复杂的，因为当多个金额转入一个账户时，余额会变成一个值，无法像UTXO那样方便的区分输入.

在vsys币龄中，为了更方便的计算币龄，使用“确认余额”属性来计算币龄。 具体的计算公式很复杂。 我们不关心它。 您可以将其简化为块确认号和账户余额相乘。 在SPoS白皮书中，描述了更多的计算细节，以实现对“节点”在工程上的“挑战”和“挑战”。 包括一些攻击解决方法。 我们不关心数学证明，我们只需要关注里面的精神。

用户持有vsys币，可以在钱包中进行收发操作，和我们收发比特币是一样的。 vsys币还有一个“租赁”操作。 允许用户将自己的vsys币的“确认余额（即币龄）”属性“出租”给超级节点。 超级节点累计所有借币的“币龄”。 一旦超级节点的“币龄”进入全网所有节点“币龄”前15名，“当前节点”可以通过“挑战”操作“挑战”币龄最后一个被下马，成为“现任节点”。

“挑战”操作需要消耗超级节点50000个vsys。

用户发起“租赁”操作时，只是将“币龄”租赁给超级节点使用，而私钥仍由用户掌控，用户仍可发起“发送”和“接收”随时操作。

“现任节点”需要时刻关注全网其他“候选节点”的“币龄”。 一旦比对“币龄”，“现任节点”就有可能受到挑战、排挤。

超级节点挑战成功后，将获得出块权。 该系统有一个称为“槽”的概念。 每个超级节点占用一个时隙，它们共同组成一个顺序环，依次有序地出块。

目前vsys系统共有15个超级节点可以出块，全网1分钟15份，4秒1份，4秒1块，15个节点轮流有序出块方式。 SPoS机制也可以升级到更多的超级节点。 以后vsys在需要提升性能的时候会增加节点数到30个，2秒出块。 在遥远的未来，它将增加到60个超级节点。 1 秒出块。

在 SPoS 机制下，出块节点成为中心节点，它们共同构成一个多中心系统。 SPoS机制的特点是系统设置固定数量的出块节点，节点按顺序出块，出块时间固定。 使用SPoS，可以获得比去中心化共识机制更高的出块速度和更高的tps。

多中心机制和去中心化机制在网络结构上有着质的区别。 去中心化共识机制的节点是一个P2P网络，每个节点都需要网络发现来检测自己所在的位置。 而在多中心节点的系统中，节点共同组成一个有序的网络，彼此知道对方的存在。

第四章 多中心共识机制——DPoS

现在比较流行的多中心共识机制是DPoS，它是由BM发明的BitShares和EOS带来的。 其内置的共识机制是委托权益证明 DPoS。

DPoS是一种多中心共识机制，其特点是系统设置固定数量的出块节点，节点按顺序出块，出块时间固定。

同样，在DPOS机制下，有两种类型的节点，一个是“选举节点”，另一个是“当前节点”。 当前节点是可以出块的节点。 要成为区块生产者，您需要先完成“活动”。

DPoS机制下的“选举”票是币的“投票权”。 在 DPoS 机制下，币有一个属性叫做“投票权”。 用户可以通过锁币获得“投票权”，即用户必须放弃币的“流量属性”才能获得“投票权”。

在EOS系统中，任何用户的EOS币都可以锁定获得一些特征，包括“内存资源”、“CPU资源”和“网络资源”，一枚币可以获得“30个投票权”。 这个“30个投票权”对于一个节点只能投一次票。 你不能说我给一个节点投30票，但是你可以给30个不同的节点投，每个节点投一票。 用户锁币行为会导致币失去流动性，需要3天时间才能赎回。

在 DPoS 机制下，“候选节点”向全网公布自己的“投票账户”，你需要吸引到足够多的选票。 EOS系统设置了21个可以产生块的“现有节点”，并且节点通过比较“投票”数量来竞争，而前21票则赢得了选举。

防弹少年团也类似。

节点在选举中获胜后，获得出块权。 该系统有一个称为“槽”的概念。 每个节点占用一个时隙，它们共同组成一个顺序环，依次有序地出块。

“现任节点”需要时刻关注全网其他“候选节点”的“选票”。 一旦“票数”比对，“现任节点”就会被挤掉。

使用 DPoS，您可以获得更高的块速度和更高的 tps。 比如EOS是目前所有链中出块速度最快的，0.5秒，tps可以达到1000，真正的峰值达到了3000多。

第 5 章多中心与去中心化

SPoS 和 DPoS，对比 PoW 和 PoS。

显然，就区块链的性能而言，包括确认时间和tps，多中心在这两个指标上明显优于去中心化机制。

多中心的缺点在于抗冲击性。 去中心化机制是出块节点可以完全匿名，出块节点加入网络不需要权限。 这种机制很难消除。 如果去掉任何一个出块节点，对整个网络的影响是非常小的。 你不可能同时销毁所有的区块生产者。

多中心机制可能会同时取消，因为多中心节点更难匿名。 整个网络结构决定了这是一种需要某种权限的机制。

当然，两类机制的区别远不止于此，但是对这两类共识机制的评价不是本文的重点，后面会讲到。

第六章 中央共识机制

哈哈，中心共识机制是“服务器-客户端”结构，账本由中心节点维护，即“出块权”全部属于中心节点。

银行、支付宝、微信支付都是中心化的共识机制。

第七章结论

很多人讲“多中心化”，我觉得“华”字多余。 “去”是动词“去”，“化”字是描述这个动作结果的词。 但是“多中心”，里面没有动词，也就不需要“华”了。

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