混合共識機制的算法模型與經(jīng)濟模型的優(yōu)缺點詳解

背景

共識機制是分布式系統(tǒng)為達成狀態(tài)一致性所采用的協(xié)議，是所有分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈領(lǐng)域，聯(lián)盟鏈常采用 BFT（拜占庭容錯），pBFT（實用拜占庭容錯）等傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中常用的共識機制；而公鏈項目多采用 PoW， PoS 等中本聰共識（Nakamoto Consenus）。

BFT，pBFT 等共識機制 的共識過程快，且一旦共識達成就不可再進行更改，因此不會分叉。但這類共識節(jié)點間需要復(fù)雜的通信，適用于節(jié)點較少且組成穩(wěn)定的 Permissioned 系統(tǒng)。

中本聰共識是從比特幣的共識機制中抽象出的一套共識體系，基本原理是節(jié)點通過提供某種證明來獲取創(chuàng)建新區(qū)塊的權(quán)利，同時任何節(jié)點都很容易對該證明的真實性進行驗證，從而對新區(qū)塊達成共識。這里的證明可以針對工作量、權(quán)益、服務(wù)等，對應(yīng)的共識機制為 PoW（工作量證明），PoS（權(quán)益證明），PoSe（服務(wù)證明）等等。具體原理可參考文獻［1］。

中本聰共識引入了最長鏈法則和經(jīng)濟激勵機制，使節(jié)點之間可以通過簡單通信，達成共識［2］。中本聰共識具有較強的穩(wěn)定性，不需要對加入的節(jié)點進行篩選，適用于非許可（Permissionless）分布式系統(tǒng)。但中本聰共識分叉的可能性較高，且共識過程相對較慢。

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混合共識機制

為了結(jié)合上述兩類共識機制的優(yōu)點，一些項目提出了對兩者進行結(jié)合的混合共識機制。如 Cosmos［3］， Polkadot［4］，Algorand［5］ 等項目將 PoS（或DPoS） 與 BFT 進行結(jié)合，在盡量保持網(wǎng)絡(luò)開放性的同時，降低分叉的可能性，提升共識效率。

同時，不同種類的中本聰共識也存在各自的不足。如 PoW 的礦工權(quán)力過大，占有大量算力的礦工有可能發(fā)起 51% 攻擊，礦工進行“硬分叉”有可能導(dǎo)致社區(qū)的分裂。而 PoS 共識則面臨 nothing-at-stake 等問題，同時因為沒有運營成本，導(dǎo)致大量新產(chǎn)生的幣被長期持有，流通量不足。另外，僅采用一種共識時系統(tǒng)往往無法提供除轉(zhuǎn)賬外更加復(fù)雜的服務(wù)。因此，一些項目提出了結(jié)合不同中本聰共識的混合共識機制，旨在結(jié)合不同共識的優(yōu)點。如 Decred［6］ 的 PoW+PoS 共識機制，Dash［7］ 的 PoW + PoSe 共識機制等。

本文將介紹幾種典型混合共識機制的算法模型與經(jīng)濟模型，并分析其優(yōu)缺點。

典型混合共識項目剖析

1. Decred： PoW + PoS

共識算法

Decred 項目采用了 PoW + PoS 混合共識機制。系統(tǒng)的參與者包括：

礦工節(jié)點：區(qū)塊的生產(chǎn)者，打包交易，進行 PoW 挖礦

驗證節(jié)點：即 PoS Validator，通過投票驗證 PoW 礦工提交的區(qū)塊，同時參與治理過程

開發(fā)者：對 Decred 開源代碼進行維護，獲得項目預(yù)留基金的獎勵

普通用戶：使用 Decred 網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)交易

PoW 挖礦

Decred 的 PoW 挖礦過程和比特幣基本一致，僅對挖礦算法進行修改（Decred 的挖礦算法采用了和比特幣不同的哈希函數(shù) -- BLAKE-256），具體原理參考［8］。與比特幣不同之處在于：

· 礦工創(chuàng)建的區(qū)塊需要提交給驗證節(jié)點進行投票驗證才能最終被確認(rèn)

· 即使區(qū)塊確認(rèn)，礦工也只獲得部分獎勵，其余獎勵由驗證節(jié)點和項目基金獲得

PoS 投票

Decred 網(wǎng)絡(luò)中的 PoS 驗證節(jié)點可以進行以下投票：

· 投票決定是否接受礦工提交的區(qū)塊

· 投票決定是否通過某些共識相關(guān)的升級

· 投票決定項目預(yù)留基金的去向

成為 PoS 驗證節(jié)點的條件是通過質(zhì)押（鎖定）DCR（Decred 原生幣）獲取 Ticket，再通過 Ticket 進行投票。Ticket 的價格會動態(tài)調(diào)整，確?？偟?Ticket 數(shù)量大致保持恒定。節(jié)點通過質(zhì)押獲取 Ticket 時還需要支付一定的 Ticket 手續(xù)費，作為礦工將對應(yīng)的 Ticket 打包進區(qū)塊的獎勵，只有被打包進區(qū)塊的 Ticket 才能進入 Ticket 池，之后才有可能被選為驗證節(jié)點。Decred 中 Ticket 的獲取和銷毀的過程在［9］中有詳細闡述。

對新區(qū)塊進行投票

當(dāng)?shù)V工節(jié)點挖到一個符合難度要求的區(qū)塊，Decred 網(wǎng)絡(luò)會從當(dāng)前 Ticket 池中隨機選擇 5 張 Ticket 對該區(qū)塊進行投票驗證，Ticket 被隨機選中的概率符合泊松分布。當(dāng)超過 3 張 Ticket 驗證通過時，區(qū)塊才會被接受。

對新共識提案進行投票

驗證節(jié)點還可對共識升級提案進行投票，只有超過 75% 的 Ticket 投票通過時，升級才會被觸發(fā)?；具^程為：

1. 開發(fā)者提出升級提案

2. 開發(fā)者發(fā)布包含該升級的軟件版本（但還無法觸發(fā)）

3. 絕大部分礦工節(jié)點（95%）和驗證節(jié)點（75%）需要升級到指定的軟件版本，才可開始投票

4. 經(jīng)過8064個區(qū)塊的投票（每個區(qū)塊5票，這樣理論上可以覆蓋整個 Ticket 池），當(dāng)獲得超過 75% 的同意票時，升級才會被觸發(fā)

5. 若提案通過，則觸發(fā)升級；若不通過，保持原狀

投票決定項目預(yù)留基金的歸屬

Decred 的區(qū)塊獎勵中的 10% 將作為項目預(yù)留基金。用戶可以支付少量的 DCR 在 Politeia 平臺上發(fā)起對應(yīng)提案，將預(yù)留基金的部分用于特殊的用戶，如支持生態(tài)中某個開源項目等。Ticket 的持有者（驗證節(jié)點）可以對提案進行投票，決定提案是否通過。其步驟和上述提案投票過程基本相同。

經(jīng)濟模型

Decred 的原生代幣為 DCR，所有 DCR 都通過新區(qū)塊獎勵產(chǎn)生。DCR 采用通縮模型，創(chuàng)世塊獎勵為 1，680，000 DCR（預(yù)挖），初始區(qū)塊獎勵為 22 DCR，且每隔 6144 個區(qū)塊（區(qū)塊間隔約5分鐘）減少為上一區(qū)塊獎勵的 100/101，總量固定，約為 2100 萬 DCR，預(yù)計在2120年全部挖出。

DCR 和 BTC 類似，在 Decred 系統(tǒng)中可以用于發(fā)送交易和支付手續(xù)費。同時 DCR 可以在二級市場上流通。

除創(chuàng)世區(qū)塊外，所有區(qū)塊獎勵均按如下方式分配：

· PoW 礦工（區(qū)塊生產(chǎn)者）獲得 60%

· 被選中的 PoS Validator 獲得 30%（每個區(qū)塊有5個驗證節(jié)點，每個獲得 6%）

· 10% 獎勵作為項目獎勵基金

除 DCR 外，Decred 系統(tǒng)中還有一種名為 Ticket 的 Token，Ticket 僅可通過質(zhì)押（鎖定）DCR 來獲得。質(zhì)押本身沒有成本，但需要支付一定買 Ticket 的手續(xù)費（用 DCR 支付，作為區(qū)塊獎勵）。每張 Ticket 的價格每隔 144 個區(qū)塊會進行動態(tài)調(diào)整，使 Ticket 池中可用的 Ticket 數(shù)保持在 40，960 張。Ticket 在 Decred 系統(tǒng)中僅用于投票，且一旦投票完成、或錯過投票、或者過期（如果 40，960 區(qū)塊內(nèi)都沒被選中，則自動過期），Ticket 都將消失，被質(zhì)押的 DCR 和獎勵的 DCR 將返還給質(zhì)押者。

Ticket 的獲取成本很低（質(zhì)押，而不是購買），本身無法流通，且無法永久持有，理論上沒有什么價值。但其作為參與 PoS 共識及區(qū)塊治理和項目預(yù)留基金分配的憑證，有可能有一定的市場價值，不排除在系統(tǒng)外進行賄選、買票的可能［10］。

激勵機制

礦工（生產(chǎn)者）

· 通過購買礦機或租用算力進行 PoW 挖礦，期望獲得區(qū)塊獎勵

· 為保證收益，礦工會繼續(xù)升級礦機或租用更多算力，同時確保了網(wǎng)絡(luò)安全

· 網(wǎng)絡(luò)中每筆交易（包括生成 Ticket 的交易）都包含手續(xù)費，礦工會打包盡量多的交易以獲得更多區(qū)塊獎勵

· 礦工提交的區(qū)塊需要通過 PoS 驗證才能被確認(rèn)，因此除非 PoW 礦工同時掌握大部分的 PoS Validator，即使具有大量算力的礦工也很難發(fā)動 51% 攻擊，攻擊動機較一般 PoW 網(wǎng)絡(luò)更弱

· 進行攻擊行為會被驗證節(jié)點列入黑名單，作惡動機弱

· 為支付運營成本，礦工傾向于賣出挖礦所得，為 DCR 提供流動性

PoS 驗證節(jié)點（生產(chǎn)者&消費者）

· 通過質(zhì)押 DCR 獲得 Ticket 進行投票，成功投票可獲得 30% 的區(qū)塊獎勵

· 區(qū)塊被拒絕將沒有激勵，但可以保證網(wǎng)絡(luò)安全，與自身利益一致

· 參與治理本身沒有激勵，但參與投票與自身利益一致

· 為獲得更多投票機會，驗證節(jié)點傾向于鎖定更多 DCR 換取 Ticket

開發(fā)者（消費者）

· 初始預(yù)挖了 1，680，000 DCR，有升值預(yù)期

· 每個區(qū)塊的 10% 的作為預(yù)留基金，對社區(qū)有貢獻的開發(fā)者有機會獲得

普通用戶（消費者）

· 在 Decred 網(wǎng)絡(luò)中使用 DCR 進行交易

· 普通用戶質(zhì)押 DCR 獲得 Ticket，也可成為驗證節(jié)點獲取收益

· 在二級市場買賣 DCR 獲取收益

挖礦為整個系統(tǒng)提供了經(jīng)濟基礎(chǔ)，保證網(wǎng)絡(luò)安全性，保證了 DCR 的流通性。質(zhì)押 DCR 實現(xiàn)了鎖倉，有助于二級市場價格的穩(wěn)定。投票和預(yù)留基金使項目更接近于 DAO（分布式匿名組織）的形式運營，開發(fā)者通過激勵參與到項目維護之中。

小結(jié)

Decred 采用了 PoW+PoS 混合共識機制，類似機制在 Sero，HyperPay 等項目中也被使用。與普通 PoW 共識相比，PoS 驗證節(jié)點制約了 PoW 礦工的權(quán)利，使其無法發(fā)起“雙花”攻擊。同時，和純粹的 PoS 共識相比，由于大部分區(qū)塊獎勵仍由礦工獲得，處于現(xiàn)金流考慮，礦工傾向于賣出挖礦收益，因此保證了系統(tǒng)中幣的流通性。純 PoS 共識的另一個問題是 noting-at-stake［15］，很大原因在于 Staker 獲得所有獎勵，且成本太低。而在這個混合共識中，PoS 驗證者獲得的收益變少，在一定程度上緩解了 nothing-at-stake 問題。

然而，該共識也存在一定弊端，實際上 PoS 驗證節(jié)點控制了整個網(wǎng)絡(luò)，他們可以拒絕正常的區(qū)塊，且不需要太高的成本。雖然 Ticket 數(shù)量很多，但實際上極有可能被少數(shù)大戶持有，使網(wǎng)絡(luò)實際被大戶所控制。另外，受限于 PoW，其 TPS 往往不高，因此不適用于需要高性能的系統(tǒng)。

2. Dash： PoW + PoSe

共識算法

Dash 采用了 PoW + PoSe 混合共識機制。系統(tǒng)的參與者包括：

· 礦工節(jié)點：區(qū)塊的生產(chǎn)者，打包交易，進行 PoW 挖礦

· Masternode：全節(jié)點，可提供即時交易、隱私交易等附加服務(wù)

· 開發(fā)者：對 Dash 開源代碼進行維護

· 普通節(jié)點：非全節(jié)點，可使用 Dash 網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)交易

PoW 挖礦

Dash 的 PoW 挖礦過程和比特幣基本一致，僅對挖礦算法進行修改（Dash采用了名為 x11 的挖礦算法，實際是 11 種哈希函數(shù)的組合），具體可以參考［7］。與比特幣不同之處在于：

· 礦工只能獲得部分區(qū)塊獎勵，其余將作為 Masternode 獎勵和項目預(yù)留

· Masternode 有權(quán)拒絕礦工產(chǎn)生的區(qū)塊

Masternode

Masternode 是 Dash 網(wǎng)絡(luò)中最重要的參與者。成為 Masternode 的條件：

· 證明 1000 DASH 幣的所有權(quán)（相當(dāng)于鎖定，但幣仍可以使用，一旦幣被使用，將從 Masternode 列表中移除）

· 運行 Dash 全節(jié)點

· 一臺運行 Linux 的服務(wù)器，上面運行 Masternode 相關(guān)的軟件：

（1）服務(wù)器要求有較高的硬件配置：推薦 1核2GHz，4G RAM，60G 硬盤

（2）服務(wù)器必須有公網(wǎng) IP

只要滿足上述條件，節(jié)點即可發(fā)送一筆特殊的交易 ProRegTx，在鏈上注冊成為 Masternode。所有 Masternodes 都被添加到 Masternode list 中，列表順序由鏈上注冊順序（區(qū)塊高度）以及 ProRegTx 交易的哈希唯一確定，在所有 Masternode 中達成共識。

與普通節(jié)點相比，Masternode 可以提供一些附加服務(wù)：

1、即時交易 InstantSend：

· 對于符合特定要求的交易可以立刻確認(rèn)，不需要等待多個確認(rèn)，即時交易不能被雙花

· 即時交易需要滿足的條件：

（1）交易的所有輸入都被 InstantSend 腳本鎖定

（2）所花費的 UTXO 包含在有 ChainLock 的區(qū)塊中

（3）所有輸入本身至少包含 6 個以上區(qū)塊確認(rèn)

2、區(qū)塊鎖定 ChainLocks

· 由 300-400 個 Masternodes 組成的委員會達成一致意見，鎖定某一區(qū)塊

· 區(qū)塊被鎖定后，在同一高度不允許再被分叉，即不可能再進行 51% 攻擊

· 如果開啟了 InstantSend 功能，則區(qū)塊中所有交易都必須被 InstantSend 鎖定后，才能進行區(qū)塊鎖定

3、隱私交易 PrivateSend

· 隱私交易的原理是混幣（Coin-mixing）［12］

· PrivateSend 本身不收費，但每一筆交易都要支付一定的抵押款（Collateral，以 DASH 計），抵押款有十分之一的幾率被收做手續(xù)費

· 在混幣過程中若發(fā)起方?jīng)]有及時響應(yīng)混幣相關(guān)的信息交互，也有 ? 的可能被沒收抵押款（作為手續(xù)費）

4、治理

· Masternode 對提案進行投票，完成治理過程

服務(wù)證明 Proof of Service（PoSe）

Dash 中的 PoSe 機制通過一套評分系統(tǒng)證明 Masternode 是否提供了服務(wù)：

· PoSe 評分系統(tǒng)基于分布式簽名生成（Distributed Key Generation，DKG）過程，該過程需要在 Masternode 之間進行通信

· 通過執(zhí)行 DKG 可以產(chǎn)生對系統(tǒng)長期提供服務(wù)的 Masternode Quorum，稱為 LLMQ （Long-Living Masternode Quorums），其主要任務(wù)是對共識相關(guān)的信息進行多重簽名（如InstantSend 交易，區(qū)塊鎖定等）

· Masternode 的初始分?jǐn)?shù)為 0，分?jǐn)?shù)一旦超過 Masernode 列表中 Masternode 的總數(shù)，則masternode 將被視為沒有提供服務(wù)，從列表中移除（需要重新申請成為 Masternode）：

（1）在 LLMQ DKG 過程中如果沒有參與，將增加 66% 的分?jǐn)?shù)（說明在短時間內(nèi)連續(xù)兩次不參加 DKG 則會被視為無法提供服務(wù)）

（2）Dash 主鏈每增加一個區(qū)塊，每個 Masternode 的分?jǐn)?shù)都會減少 1

通過 PoSe 證明提供了相應(yīng)服務(wù)的 Masternode 將得到獎勵，而無法提供服務(wù)的 Masternode 將會被移除。

經(jīng)濟模型

Dash 的原生代幣為 DASH：

· 全部通過挖礦產(chǎn)生（團隊有預(yù)挖，主網(wǎng)上線前 2 天，總計約 190 萬 DASH 被挖出，約占總供應(yīng)量的 10% 以上，備受爭議［17］）

· Dash 的區(qū)塊獎勵算法經(jīng)幾次更改，截止到 2019 年 6 月，區(qū)塊獎勵為 3.11 DASH（另有 10% 作為團隊預(yù)留），獎勵每隔 210240 個區(qū)塊（約382天）減少 7.14%

· 區(qū)塊間隔約為 2.5 分鐘

· 最大供應(yīng)量約為 18，921，005 DASH

· 每個區(qū)塊獎勵的分配如下：

· 成功創(chuàng)建區(qū)塊的礦工獲得 45%

· 參與 PoSe 的 Masternode 獲得 45%（每個區(qū)塊只有一個 Masternode 參與）

· 10% 獎勵作為預(yù)留基金（按月發(fā)放）

經(jīng)濟激勵

礦工（生產(chǎn)者）

· 和普通 PoW 礦工一致，購買礦機、算力，打包區(qū)塊，獲取區(qū)塊獎勵

· 礦工創(chuàng)建的區(qū)塊要經(jīng)過 Masternode 的認(rèn)證，故較難發(fā)起攻擊

· Masternode 可以鎖定區(qū)塊，無法分叉，故礦工一般無法發(fā)動 51% 攻擊

· 為支付運營成本，礦工傾向于賣出挖礦所得，提供流動性

Masternode（生產(chǎn)者&消費者）：

· 鎖定 1000 DASH 并參與 PoSe，保持在線，獲取區(qū)塊獎勵

· 有一定運營服務(wù)費的成本，有可能賣出獎勵，但質(zhì)押的 1000 DASH 一般不會輕易使用，相當(dāng)于鎖倉

· 參與 InstantSend，PrivateSend 等服務(wù)，獲取對應(yīng)獎勵

· 參與治理，本身沒有獎勵，但不參與會被懲罰（從 Masternode 列表中移除）

開發(fā)者（消費者）

· 預(yù)挖了部分 DASH，維護項目，有上漲預(yù)期

· 預(yù)留的 10% 挖礦獎勵大概率由開發(fā)團隊獲得

普通用戶（消費者）

· 收發(fā)普通交易，二級市場買賣

· 收發(fā)即時交易，隱私交易等，滿足特殊需求

· 可通過質(zhì)押 1000 DASH 成為 Masternode

PoW 礦工和 Masternode 共同保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性。同時，由于 Masternode 有較強的激勵，可以促使更多的節(jié)點提供 Masernode 的服務(wù)。通過進一步優(yōu)化激勵模型，未來 Dash 的 Masternode 可能支持更多更復(fù)雜的服務(wù)。團隊預(yù)留的 DASH 也為未來項目的長期發(fā)展提供了保障。

小結(jié)

Dash 是最早引入 Masternode 概念的項目之一。時至今日類似的含 Masternode 項目已經(jīng)越來越多，詳見［11］。與純粹的 PoW 共識機制相比，Masternode 的引入在一定程度上制約了礦工濫用權(quán)力，提高了區(qū)塊鏈的最終確定性，降低了分叉和 51%攻擊 的可能性。另一方面，通過引入 PoSe， 可以激勵 Masternode 提供除常規(guī)交易之外的服務(wù)，增加系統(tǒng)的多樣性。

這類混合共識的最大問題在于 Masternode 的權(quán)利往往過大，比如 DASH 大戶可以同時擁有多個 Masternode。當(dāng)大部分 Masternode 被小部分人掌握，網(wǎng)絡(luò)會趨向中心化。另外，受制于 PoW，其 TPS 仍然是較大瓶頸。

3. Komodo： PoW + dPoW

共識算法

Komodo 在普通 PoW 的基礎(chǔ)上，增加了一種名為延遲 PoW （delayed Proof of Work，dPoW） 的安全機制，試圖利用比特幣等較安全的 PoW 項目的算力來保證 Komodo 以及相關(guān)資產(chǎn)的安全性。dPoW 可以作為任何基于 UTXO 的鏈的二層共識。

Komodo 系統(tǒng)的參與者包括：

· 礦工：進行普通的 PoW 挖礦

· 公證人（Notary）節(jié)點：運行多個鏈的全節(jié)點（包括比特幣全節(jié)點，Komodo全節(jié)點等），在比特幣網(wǎng)絡(luò)上對區(qū)塊進行公證，同時也參與 Komodo 挖礦

· 普通用戶：KMD 幣的持有者，可參與 Staking（注意，這里并不是 PoS，而是類似鎖倉激勵）

Komodo 中的礦工和普通 PoW 項目中礦工行為基本一致（挖礦算法為 EquiHash），不同之處在于 Komodo 的普通礦工僅有 25% 的幾率挖到區(qū)塊，其他區(qū)塊大部分由公證人節(jié)點創(chuàng)建。

dPoW 安全機制

Komodo 系統(tǒng)中存在 64 個公證人節(jié)點，他們是 dPoW 安全機制的實際運行者。其中：

· 4 個公證人節(jié)點為開發(fā)者預(yù)留，永久有效

· 其余 60 個 由 KMD 幣的持有者投票產(chǎn)生：

（1）在每年提供公證服務(wù)排名前 30 的節(jié)點將自動當(dāng)選為下一期公證人節(jié)點（即完成最多 Komodo 到 Bitcoin 映射的

（2）其余 30 節(jié)點將重新投票產(chǎn)生

· 所有公證人節(jié)點需要同時運行比特幣全節(jié)點、Komodo 全節(jié)點，以及所有要保護的鏈的全節(jié)點（目前有40多個），因此對硬件配置要求較高

公證人節(jié)點的主要工作是完成 Komodo 鏈到 Bitcoin 鏈的公證（相當(dāng)于在 Bitcoin 上寫入 Komodo 的檢查點），確保 Komomo 主鏈的安全性。也可以將其他資產(chǎn)的檢查點寫到 Komodo 鏈上，過程和 Komodo 到 Bitcoin 的公證一致。

公證人節(jié)點的工作流程簡要描述如下：

· 首先運行所有全節(jié)點（包括比特幣，Komodo 等），并同步到最新區(qū)塊

· 用同一個私鑰在所有鏈上生成一組地址

· 和其他 63 個公證人節(jié)點保持連接和通信

· 開始 dPoW 公證流程：

（1）根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，所有公證人節(jié)點可以提議需要公證的 Komodo 鏈上的某個區(qū)塊

（2）從 64 個公證人節(jié)點中選擇 13 個，所有公證人的地址將會按順序存在一個列表中，公證人程序按順序選取前 13 個可連接的公證人節(jié)點，若不可連接將被跳過，被選中后節(jié)點地址將會被移到列表末尾

（3）被選出的 13 個公證人各自簽名一筆有 13 個輸入的比特幣交易（如［13］），該交易的其中一個輸出為上述要公證的區(qū)塊的哈希值（通過 OP_RETURN 實現(xiàn)）

（4）待比特幣網(wǎng)絡(luò)上交易確認(rèn)后，公證人節(jié)點會構(gòu)造一筆類似的 Komodo 交易，其中一個輸出為上述包含了公證區(qū)塊哈希的比特幣交易哈希（也通過 OP_RETURN 實現(xiàn)）

（5）該交易被確認(rèn)后，Komodo 網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點都可以確定比特幣網(wǎng)絡(luò)上 Komodo 鏈的檢查點

（6）上述過程不斷重復(fù)（每10分鐘一次），同時也可以適用于其他用 dPoW 確保安全的鏈

通過上述 dPoW 和公證人節(jié)點機制，相當(dāng)于 Komodo 網(wǎng)絡(luò)在比特幣網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置了多個檢查點，在比特幣網(wǎng)絡(luò)上被公證的區(qū)塊將不可撤銷，因此幾乎不存在 51% 攻擊的可能。

Komodo 中的 Staking

Komodo 網(wǎng)絡(luò)中的 Staking 和共識無關(guān)，其更類似于鎖倉激勵。KMD 的持有者通過鎖定代幣，將獲得一定的 KMD 獎勵［14］。

經(jīng)濟模型

Komodo 的原生代幣為 KMD，總量為 2 億，按如下方式分配：

· 初始的 ICO 分配了 2000 萬 KMD

· 早期的 BTCD 幣持有者通過兌換獲得了 7000 萬 KMD

· 團隊預(yù)留 1000 萬作為運營成本

· 剩余 1億 KMD 中

（1）22% 左右用于獎勵礦工，作為挖礦獎勵，區(qū)塊間隔為 1 分鐘，每個區(qū)塊獎勵為 3 KMD

（2）78% 左右用于獎勵 Staking，Staking 的年化收益約為 5%

· 挖礦和 Staking 的獎勵都是線性釋放，將在 2031 年左右達到總供應(yīng)量上限，之后不再有獎勵。

特別地，對于 KMD PoW 挖礦，普通礦工只有 25% 的概率挖到區(qū)塊。而公證人節(jié)點由于提供了 dPoW 安全服務(wù)，將會以更低的難度挖到區(qū)塊。據(jù)統(tǒng)計，大約 75% 的區(qū)塊被公證人節(jié)點挖到。挖礦獎勵完全由挖到區(qū)塊的礦工或公正人節(jié)點獲得。

經(jīng)濟激勵

普通礦工（生產(chǎn)者）

· 和普通 PoW 項目礦工一致，購買礦機、算力，打包區(qū)塊，獲取區(qū)塊獎勵

· 由于公證人節(jié)點的存在，普通礦工一般無法發(fā)動 51% 攻擊

· 為支付運營成本，普通礦工傾向于賣出挖礦所得

公證人節(jié)點（生產(chǎn)者）

· 為 Komodo 鏈提供區(qū)塊公證服務(wù)，從而可以以較低的難度挖到區(qū)塊，獲得區(qū)塊獎勵

· 提供好的服務(wù)才能連任公證人，激勵其按照 dPoW 規(guī)則完成區(qū)塊公證

· 公證人本身不需要質(zhì)押任何 KMD，且服務(wù)器配置要求高，為支付運營成本，公證人節(jié)點也傾向于賣出挖礦所得

KMD 持有者（消費者）

· 通過鎖定 KMD 可以獲取 Staking 獎勵，相當(dāng)于鎖倉

· 收發(fā)普通交易，二級市場買賣等

· 還可以對公證人節(jié)點進行選舉

小結(jié)

Komodo 利用 dPoW 安全機制在比特幣區(qū)塊鏈上設(shè)置多個 Komodo 的檢查點，從而提高了 Komodo 網(wǎng)絡(luò)的安全性。該機制也可以應(yīng)用到其他鏈上。Komodo 本質(zhì)上還是 PoW + Masternode（PoSe） 的模式，雖然團隊否認(rèn)公證人節(jié)點是 Masternode，但實際上公證人節(jié)點確實通過提供額外的服務(wù)獲得收益，且具有較大概率成為區(qū)塊的創(chuàng)建者，在一定程度上控制了整個網(wǎng)絡(luò)。Komodo 的 Staking 機制實際上是一種鎖倉獎勵機制，和共識無關(guān)。

4. Algorand： PoS + 改進的 BFT

共識算法

Algorand 的共識算法通過 PoS 和 可驗證隨機函數(shù)（VRF）選擇區(qū)塊的生產(chǎn)者和驗證者，再通過一種改進的拜占庭協(xié)議 BA* 對區(qū)塊達成共識。

Algorand 中實際只有一種參與者，即 ALGO （ALgorand 原生代幣）的持有者，但在不同階段，持有者會扮演不同的角色：

· 持有者有可能在某一輪共識中被選為區(qū)塊生產(chǎn)者（leader）

· 持有者有可能在某一輪共識中被選為區(qū)塊驗證者

· 未被選中的持有者

Algorand 的共識算法可簡要描述如下：

· 每一輪共識開始時，所有用戶可以通過 VRF 確定自己是否是潛在的區(qū)塊生產(chǎn)者（leaders），具體方法是檢查本輪自己某種簽名的哈希值是否小于某個閾值。持幣較多的節(jié)點被選中的概率較高（PoS）

· 潛在的生產(chǎn)者（可能有多個）各自創(chuàng)建新區(qū)塊，并進行廣播，同時公布簽名，任何節(jié)點都可以驗證其合法性（這是 VRF 的特性）

· 用同樣的方式從系統(tǒng)中隨機選取驗證組，對新產(chǎn)生的區(qū)塊達成共識，每一輪共識分為兩個階段：

（1）驗證組通過分級共識協(xié)議（GC），每個驗證節(jié)點從多個候選區(qū)塊中選擇一個被大多數(shù)節(jié)點認(rèn)可的區(qū)塊（若不存在，驗證節(jié)點會提議生成空區(qū)塊）

（2）驗證節(jié)點根據(jù)自己選擇的區(qū)塊和 GC 共識的結(jié)果設(shè)定自己的初始狀態(tài)，繼續(xù)進行改進的二元拜占庭共識（BBA*），直到達成共識（有可能需要多次循環(huán)才能達成共識），共識結(jié)果有兩種：

a.接受 leader 創(chuàng)建的新區(qū)塊，進入下一輪

b.不接受 leader 創(chuàng)建的新區(qū)塊，將新區(qū)塊設(shè)置為空區(qū)塊，進入下一輪

最終，每一輪都將通過共識產(chǎn)生一個新區(qū)塊。關(guān)于協(xié)議的更多細節(jié)可以參考［5］［16］，以及《Qtum研究院：深度解析Algorand共識協(xié)議》。

經(jīng)濟模型

Algorand 的原生代幣為 ALGO，總量為 100 億。所有 ALGO 在創(chuàng)始塊中直接生成，由 Algorand 基金會負(fù)責(zé)后續(xù)的分配。和大多數(shù)其他公鏈項目不同的是，在 Algorand 中，創(chuàng)建區(qū)塊或驗證區(qū)塊都不會獲得任何獎勵。

100 億 ALGO 將在五年內(nèi)通過如下方式分配［18］：

· Algorand 基金會預(yù)留 25 億 ALGO，用作支持項目長期運作（這一部分由基金會在創(chuàng)始塊直接獲得，而且沒有鎖定。Algorand 基金會承諾不隨意動用這筆資金［19］）

· 通過拍賣的方式逐步分發(fā) 30 億 ALGO

· 17.5 億 ALGO 作為 Staking 的獎勵，逐步發(fā)放

· 25 億作為中繼結(jié)點的獎勵逐步發(fā)放

· 2.5 億作為社區(qū)獎勵逐步發(fā)放（用于舉辦各種活動，黑客松等）

經(jīng)濟激勵

Algorand 基金會通過分配 ALGO 對系統(tǒng)中各參與者進行激勵，其中：

· 用于拍賣的 ALGO 相當(dāng)于 ICO，對 ALGO 進行公開售賣。拍賣采用較為新穎的”荷蘭式拍賣“［20］，在業(yè)內(nèi)引起了極大的關(guān)注。并且基金會承諾在 1 年后可以以成交價的 90% 對 ALGO 進行回購，在一定程度上保障了投資者的權(quán)益

· 任何持有超過 1 ALGO 的賬戶都將獲得 Staking 獎勵，獎勵會在每個區(qū)塊進行發(fā)放，目前的年化收益約為 10%。Algorand 每筆交易都會有少量手續(xù)費，這些手續(xù)費不會直接發(fā)放給用戶，而是被 Algorand 基金會回收，當(dāng)所有 Staking 獎勵發(fā)完時，這些手續(xù)費也將被統(tǒng)一作為 Staking 獎勵

· 在 Algorand 系統(tǒng)中，能夠為其他節(jié)點提供鏈接服務(wù)的節(jié)點被稱為中繼節(jié)點［21］，中繼節(jié)點將在提供服務(wù)期間獲得獎勵，5 年累計獎勵總計 25 億 ALGO。這一激勵將促使更多穩(wěn)定的中繼節(jié)點為 Algorand 網(wǎng)絡(luò)提供連接、轉(zhuǎn)發(fā)交易等服務(wù)

· 社區(qū)獎勵將激勵對項目有長遠價值的活動

從上述經(jīng)濟模型可以看出，Algorand 基金會在整個經(jīng)濟模型中占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位，所有 ALGO 都由基金會進行分配，從經(jīng)濟模型的角度看非常中心化。無論是回購、Staking 獎勵的總額、中繼節(jié)點獎勵，還是社區(qū)獎勵，都由 Algorand 基金會決定，存在一定的風(fēng)險。

小結(jié)

Algorand 采用了共識和激勵分離的系統(tǒng)設(shè)計。共識方面，Algorand 提出了一種新穎的 PoS + BA* 共識機制，在可擴展性、安全性和去中心化這三個方面取得了較好的均衡。但經(jīng)濟模型設(shè)計偏中心化，Algorand 基金會權(quán)利過大，整個經(jīng)濟模型能否長期正常運行還有待驗證。

總結(jié)

混合共識機制的主要目的是通過融合其他共識機制，克服已有共識的某些缺點。BFT，pBFT 等經(jīng)典的共識機制速度快，且?guī)缀醪粫植?，Algorand等項目將其與 PoS結(jié)合，通過一定的設(shè)計使其在 Permissionless 環(huán)境下部署，實現(xiàn)了兩者的結(jié)合。另一方面，PoW，PoS 等中本聰共識機制的融合，使更多參與者加入博弈，進一步提升共識的安全性，同時可以提供更多多元化的服務(wù)（Masternode），在設(shè)計業(yè)務(wù)復(fù)雜的系統(tǒng)時可以考慮采用。本文僅對一些代表性項目進行簡要分析，更多混合共識算法及其實現(xiàn)細節(jié)可以查閱相關(guān)文獻。