理解權益證明安全模型的原理

Devcon 3（譯者註：即2017年的以太坊開發者大會，原文寫作時間是2017年11月2日）正在全面開展，然而，先不提會議上那些面向開發的議程，很多聽眾仍然在關於共識協議的討論中自覺如丈二的和尚——摸不著頭腦。我們正好抓住這個機會，將科技術語轉化為通俗的大白話。

共識協議基礎課

標準定義

「共識」問題

每一種分散式容錯系統的核心都是這樣一個基本問題：保證相應系統內部發生的所有遠程進程可以得到同樣的結果。也就是所謂的在參與者中要求「共識」。在一個完全可信賴的受控環境中，也就是錯誤進程受到嚴密的監控並可被迅速修正的的環境中，取得共識是輕而易舉的。但是，真實世界中的去中心化協議會顯著地遭遇更多奇詭的問題，會更不安全，因此要求更高程度的可信賴保證，否則就沒有用了。正如Cosmos的Ethan Buchman 說的那樣，分散式共識機制必須「在不能相互信賴的環境中創造出一個可信的系統」。

共識協議保證每一筆交易都被網路中的所有的機器以同樣的順序複製並記錄下來。這種情境下，狀態複製的方案是在區塊鏈範式中實現的；在此範式中，區塊鏈乃是一系列用哈希聯繫起來的「批處理日誌」的結果，將被複制的交易確切地傳遍網路中的所有進程。

「安全」與「活躍性」

安全意味著我們有且只有一條一致同意的鏈，而沒有兩條甚至更多都寫了有效交易的競爭鏈。簡單點來說，如果區塊不會分叉，共識協議就可以說是「安全的」。

同時，一個共識協議被認為是「活躍的」，當它會對新的交易廣播作出反應，因此對新交易來說可用 的時候，有效的交易最終 會被寫到區塊鏈上。如果圍繞著一系列觀察到的違規行為出現了交易丟失、信息發不出去或是消息被重新排序的情況，活躍性問題就發生了。這些問題沒法跟簡單的網路延遲區別開來，因此難以探測出來。

「非同步」網路

在非同步網路中，不同節點見證的交易到達順序的次數是不一樣的。因此，為了保證安全，共識系統中的並發進程必須遵循一系列的協議規則，以使大家能夠一致同意收到信息的順序。做到這一點要求我們做出同步假設；我們建議為網路交易的延遲以及處理器時鐘的速度設置一個最大值。

這些假設讓我們可以使用「連接超時（timeout）」來發現非同步網路中的錯誤，也就是說，如果一個進程沒有在給定時間內作出反應的話，可以假設它崩潰了。

「加密經濟」安全激勵

「密碼學基本屬性……在本質上與信任問題相關，它同樣可能地被定義為可以使熵值大量減少的機制——成功地驗證一個密碼學方程會使可能結果的概率分布塌縮為一個單一的結果，或者有時候是少量結果……更有意思的是，經濟機制同樣有可能作為減少熵值的工具為我們服務，因為經濟主體可以被激勵引導——也就是說，被引導著更有可能做出特定的行為。實際上，比特幣的深刻洞見就是密碼學屬性可以用來與經濟激勵相結合，從而顯著地減少一個共有的共識網路的熵值，最後實現安全的狀態複製」。

——Ethan Buchman，Tendermint：區塊鏈時代的拜占庭容錯(https://atrium.lib.uoguelph.ca/xmlui/bitstream/handle/10214/9769/Buchman_Ethan_201606_MAsc.pdf?sequence=7&isAllowed=y)

權益

假設大部分的經濟主體並非拜占庭姦細（惡意的或是騙人的），而是理性的，我們就可以設計確定的協議內激勵以確定地改變他們的選擇。權益證明（Proof-of-Stake）共識中」權益「的槓桿作用可以提供比工作量證明共識更強大的安全性保證，因為它結合了抵押資本，或者說安全保證金。運用這一點對現代的容錯型權益證明設計來說是非常關鍵的，因此主要的協議如 Tendermint 和 Casper 都是用了安全保證金作為它們的激勵機制的核心。

這是因為一個表現出違規行為的節點的權益會被協議罰沒。協議因此可以定義強大的反向激勵，或者說最大化錯誤行為的罰金，它可以遠遠超過正確行為所得的任何交易手續費或是挖礦獎勵。

作為安全保證的「驗證者」

在權益證明中，共識節點就是所謂的驗證者；而在工作量證明中，他們是所謂的礦工。「抵押驗證者」這一術語，或者簡短一點來說，「驗證者」，是由 Jae Kwon 在他一份關鍵的白皮書里首先提出的，這份白皮書就是 Tendermint(https://tendermint.com/static/docs/tendermint.pdf)：無需挖礦的共識系統。每一位驗證者的投票權力，或者說權重，等同於他們自己投入或是分配給他們的權益的比重。上述三種共識協議都是用了動態的驗證者集。

在許多系統中，並非所有驗證者都將擁有同樣的「權重」。因此，我們對驗證者的數量到底是 1/3 還是 2/3 並不感興趣，更在意的是他們在全部投票力量中所佔的比例，因為投票權力在各獨立驗證者之間也許並不是普遍分散的。所以當你聽到「2/3 或更多」驗證者時，實際意思應該被理解為一個驗證者集合中驗證者們投入的全部保證金的「2/3 乃至更多」（以保證金加權比重計）。

希望對你們有幫助。

本文由作者授權 EthFans 翻譯及再出版。

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