【許曉笛】重新理解EOS的系統(tǒng)架構(gòu)

Alan 發(fā)布于2019-06-27 18:55 / 814人閱讀

摘要：所以想要實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用的智能合約平臺，就要脫離比特幣系統(tǒng)的架構(gòu)，尋找新的系統(tǒng)組織形式。比特幣和以太坊之所以設(shè)計(jì)了手續(xù)費(fèi)機(jī)制，就是防止大量垃圾交易使得系統(tǒng)擁堵。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，去中心化程度與效率之間天然地存在矛盾關(guān)系。

如果區(qū)塊鏈智能合約系統(tǒng)想追求類似比特幣的去中心化程度，理論上效率就會大打折扣。現(xiàn)實(shí)也是這樣的：比特幣每秒鐘只能處理7筆左右的交易，每一筆交易要用至少30分鐘才能確認(rèn)，這種效率和速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如銀行轉(zhuǎn)賬的。作為一個全球資產(chǎn)交易平臺，比特幣這樣的效率或許可以接受，但對于智能合約平臺這樣的效率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)樵谥悄芎霞s中，每一個動作都可以看成是一筆交易，例如五子棋游戲合約中，每下一步棋就是一個交易，用戶是無法等待半個小時才能確認(rèn)一步棋的。所以想要實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用的智能合約平臺，就要脫離比特幣系統(tǒng)的架構(gòu)，尋找新的系統(tǒng)組織形式。

為了同時保證系統(tǒng)的去中心化程度和高效率，需要將傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈三大要素全部推翻或升級，建立全新的區(qū)塊鏈三大要素。

去中心化：

在比特幣和以太坊里，任何人只要愿意都可以加入作為全節(jié)點(diǎn)，并且只要提供了足夠的工作量就可以承擔(dān)生產(chǎn)區(qū)塊的任務(wù)，比特幣和以太坊用這樣的方式保障的系統(tǒng)的充分去中心化。但是對于生產(chǎn)區(qū)塊權(quán)利的爭奪（挖礦）使得系統(tǒng)的算力掌握在了幾個大的機(jī)構(gòu)（礦池）中，所以比特幣和以太坊的前幾大礦池幾乎壟斷了區(qū)塊的生產(chǎn)，使得普通全節(jié)點(diǎn)很難在系統(tǒng)中發(fā)揮監(jiān)督與維護(hù)的作用。并且由于挖礦消耗了大量資源，使得系統(tǒng)的主要硬件資源都用來進(jìn)行哈希（Hash）運(yùn)算，不論是硬件資源還是能源方面都是極大的浪費(fèi)。一個高性能區(qū)塊鏈智能合約系統(tǒng)是無法同時承擔(dān)挖礦和執(zhí)行智能合約這兩部分硬件開銷的。

經(jīng)過權(quán)衡，EOS選擇了使用21個超級節(jié)點(diǎn)（見證人）作為系統(tǒng)的核心架構(gòu)，這21個見證人就像是比特幣或者以太坊中的大型礦工或者礦池，但區(qū)別主要在以下幾點(diǎn)：比特幣和以太坊中，礦池通過算力得到生產(chǎn)區(qū)塊的權(quán)利，而EOS超級節(jié)點(diǎn)則是通過選舉，不需要挖礦；比特幣和以太坊中，每個礦工出塊的多少取決于算力的大小，而EOS中，無論超級節(jié)點(diǎn)的得票數(shù)如何，每個超級節(jié)點(diǎn)的出塊數(shù)量都是相同的。總之，EOS通過投票的手段減少了超級節(jié)點(diǎn)（礦工）個數(shù)，省去了挖礦，節(jié)約了大量成本，使得有限的系統(tǒng)資源可以用來執(zhí)行智能合約。

獎勵機(jī)制：

比特幣和以太坊中，在礦工的角度上，主要通過兩種方法得到獎勵：挖出每個區(qū)塊的獎勵和每筆交易的礦工費(fèi)，前者可以看做是通貨膨脹（比特幣的區(qū)塊獎勵會遞減，直至取消），而后者可以看做是交易的手續(xù)費(fèi)或者是執(zhí)行智能合約的“平臺租金”。在區(qū)塊獎勵不變的情況下，礦工天然地會更優(yōu)先處理提供了更高手續(xù)費(fèi)的交易或者合約，而為了讓自己的交易更早打包在區(qū)塊中，用戶只能不斷提高礦工費(fèi)（以太坊中為Gas），久而久之會成為平臺用戶的很大負(fù)擔(dān)。即使手續(xù)費(fèi)非常小，但每一筆交易都存在的手續(xù)費(fèi)是系統(tǒng)運(yùn)行非常大的摩擦阻力，非常影響用戶體驗(yàn)。

EOS完全取消了手續(xù)費(fèi)，僅保留了通貨膨脹部分，并且規(guī)定每年的通貨膨脹不超過5%，并且只有其中的一部分（目前為五分之一）會成為見證人的獎勵。獎勵會分為兩部分：生產(chǎn)區(qū)塊獎勵和得票獎勵。前者為見證人打包區(qū)塊，維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的獎勵；后者根據(jù)見證人在選舉中得到的票數(shù)給予獎勵。

取消手續(xù)費(fèi)給用戶帶來極大便利的同時也帶來一個不可避免的問題：系統(tǒng)資源的濫用。比特幣和以太坊之所以設(shè)計(jì)了手續(xù)費(fèi)機(jī)制，就是防止大量垃圾交易使得系統(tǒng)擁堵。EOS對此設(shè)計(jì)了新的系統(tǒng)資源的使用機(jī)制：每個EOS代幣代表一份系統(tǒng)資源（CPU，內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)帶寬等），使用EOS系統(tǒng)資源時，賬戶必須存有相應(yīng)數(shù)量的代幣。就算用戶有很多交易或者合約等待處理，EOS只會根據(jù)賬戶中EOS的數(shù)量分配系統(tǒng)資源，限制了交易的執(zhí)行速度，避免了大量垃圾交易占用系統(tǒng)資源。

EOS通過代幣占有資源的機(jī)制合理分配了系統(tǒng)資源，又通過基于通貨膨脹的獎勵機(jī)制完全取消了手續(xù)費(fèi)，使得系統(tǒng)使用成本大大降低。

共識機(jī)制：

通過上面的闡述，很多讀者會覺得比特幣和以太坊在一些地方比較相似，因?yàn)樗麄兌加昧斯ぷ髁孔C明（Proof of Work，PoW）共識機(jī)制（以太坊之后會升級為Casper）。工作量證明共識機(jī)制有很多的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行穩(wěn)定，不易分叉等，因此目前大部分的公鏈都使用了工作量證明共識機(jī)制（完全或部分）。工作量證明共識機(jī)制通過暴力哈希運(yùn)算的方式爭奪系統(tǒng)出塊的權(quán)利，并且自動認(rèn)為最長區(qū)塊鏈為有系統(tǒng)公認(rèn)的區(qū)塊鏈。這種機(jī)制使得分叉后的鏈沒有獲得大量礦工支持時就會崩潰，維護(hù)了主鏈的安全穩(wěn)定。但同時工作量證明共識機(jī)制也有自身的缺陷，比如容易受大礦工的控制，被51%攻擊；挖礦造成巨大的硬件資源及能源浪費(fèi)等。

EOS完全摒棄了傳統(tǒng)的工作量證明共識機(jī)制，使用了經(jīng)過Bitshares和Steem驗(yàn)證的授權(quán)股份證明共識機(jī)制（Delegated Proof of Stake，DPoS），這種共識機(jī)制的關(guān)鍵是：2/3見證人共同驗(yàn)證的區(qū)塊即為有效。而每個見證人都是由EOS代幣持有者選舉出的，代表了EOS代幣持有者的利益和價值觀，所以2/3見證人驗(yàn)證的區(qū)塊可以認(rèn)為是大部分EOS代幣持有人所認(rèn)同的區(qū)塊，一旦區(qū)塊得到了2/3見證人共同承認(rèn)，區(qū)塊中所包含的交易即為有效且不可逆。

區(qū)塊鏈三大要素就像是三個支點(diǎn)，互相滲透互相影響而且缺一不可，牽一發(fā)而動全身。EOS通過對傳統(tǒng)區(qū)塊鏈去中心化、獎勵、共識這三大要素的全面升級，完成了系統(tǒng)效率的極大提高，并且保證去中心化程度與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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