干货 | 节点的设计理念和安全性

2019年7月5日13:00，YOUChain北京站首期线上「Token模型研讨会」,在社群内正式展开，25+社群同步转播，直播覆盖总人数12000+。YOUChain首席架构师何畅彬针对节点的设计理念和安全性进行了详细的分享。分享之后是自由交流环节，媒体火星财经、一枝资讯，首都版权产业联盟主席，鱼链联合创始人等项目方以及各大投资人，纷纷就分享的内容进行了热烈的提问，YOUChain的两位创始人赵峰、鲁军及何畅彬共同解答了大家的问题。以下为官方整理的分享素材、海报素材及问答素材：

以下为海报素材：

以下为分享素材：

YOUChain 节点的设计理念和安全性探讨

网络与节点

区块链网络，本质是一个分布式系统，系统中的节点根据某一个约定的规则，完成状态的迁移。

网络中的节点的角色、数量、在线情况、是否诚实认真工作等，定义了这个区块链网络的性质，也关系着系统的安全。

共识与考量

上文提到网络中的节点遵循的某一个约定，就是所谓的共识协议，简单的讲就是决定哪下一个区块的规则。在节点的维度考虑问题，那就是哪些节点的哪些考量标准，决定了下一个区块。

在区块链世界里面，主要考量标准有所谓的PoW和PoS。分别是以「计算能力」和「持币数量」为考量标准。

大家可能会问了，为什么主要是这两种考量标准，为什么不是别的呢？

原因很简单——这是两种最容易量化的标准，且易于抵抗攻击。其他的，例如 reputation(声望度)、honesty(诚实度) 这类标准，都无法简单准确的量化。那存储空间、带宽能不能成为量化标准呢？答案是可以的，但是具体实施起来，有一定的难度。

现有公链的问题

BTC 创建者中本聪期望通过PoW 实现 one-CPU-one-vote。早期，普通的家庭电脑也可以成功抢夺到出块权，确实满足了这个愿景。后来因为算力竞争，挖矿设备进化到了专业的 ASIC矿机和矿机联合体——矿池。ETH一开始就考虑到了矿池垄断的问题，它设计的Etash算法，是依赖内存的，所以 ASIC 矿机的优势没有那么大，但是矿池还是形成了。

BTC/ETH 让人诟病的POW 挖矿机制带来能源消耗，吞吐量低等问题，也使得两者使用费用高昂。

EOS 模拟了美国的选举人制度。本质是倡导大户集中，鼓动社群投票，超级节点竞争。开发者期望用超级节点竞争的方式，实现去中心化。主要开发者BM甚至声称，这类超级节点的去中心化程度，比BTC 的矿池垄断的模式要高。一直以来，RAM （内存资源）被当做投机标的，使得开发者成本飞涨。有相关计算表明，支撑一个DAU 1W 的 DAPP，需要近200W 美金的年费用。

可以看出，这三大代表性公链，去中心化程度堪忧，同时使用成本也较高，无法承载商大规模商业应用。

YOUChain 的愿景

YOUChain 愿景是打造可承载大规模商业应用的去中心化公链。要承载大规模商业应用，性能和资费是关键；要实现去中心化，节点角色、职责和数量是关键。

低性能，速度慢，难以扩展，不是我们想要的

权利高度集中，不是我们想要的

使用费用高昂，不是我们想要的

要实现高性能，需要考虑制约区块链的三个基本物理条件：计算、存储、网络。共识协议和网络结构需要极度的优化。

某种程度上，我们是中本聪的信徒，相信去中心化的愿景。因此，我们认为，以某种方式实现中本聪的 one-CPU-one-vote的初衷，是实现去中心化的一种方式。

思考性能

回顾已经上线的公链，包括BTC/ETH 和 EOS，我们可以观察到一个现象：一个共识的达成，需要涉及到的节点越多，其性能就越差。前者涉及到了全网所有节点竞争挖矿，性能较差；后者只涉及到了少数的超级节点的轮流出块，性能较好。

怎么做到去中心化和扩展性兼得呢？其中一个答案是为系统引入随机。Algorand是我们十分推崇的项目，它为行业带来了新的思路，我们也深入研究了它的技术原理和实现。

思考one-CPU-one-vote

考虑到设备和节点，我们很自然想到了几乎每个人都会拥有的移动设备（手机）。如果这些设备都能成为网络的节点，并参与工作。那岂不是真正的实现了去中心化？

为什么移动设备，都被已有的公链排除在了节点范畴之外呢？一个直觉印象是，他们的计算、存储、网络性能都不够，稳定性也不够。

当我们深入去研究的时候发现，最新的移动设备（骁龙845/麒麟980及以上）的计算能力，不亚于普通的云主机；主流存储能力也达到了数百 GB；网络性能随着5G 的普及和千兆光纤入户的进展，不逊机房环境。

思考费用

考虑到能源消耗和运营节点成本，我们选用基于PoS 的共识机制。

那么使用公链的费用，主要是与运营节点主要包含两部分成本相关：基础设施成本和抵押物的机会成本。

基础设施成本：机器购置与折旧、带宽、托管费用、防御攻击费用等。

抵押物的机会成本：因抵押而无法自由买卖产生的机会成本（币涨了或者跌了但是币被锁）。

我们认为，随着物理条件的演进，当条件具备的时候，不再需要专业的矿机和托管条件，海量的移动设备，都可以成为网络的节点，使用成本自然就降低了。

思考可扩展性

从YOUChain 创始之初，我们在公链设计中，就预留了使用安全分片技术进行横向扩展的技术路径。

同时，为了满足高TPS 下的海量存储需求，我们设计了存储压缩和根据 merkle root 证明的机制使得移动节点可以快速接入网络和持续参与共识。

YOUChain 共识「YPOS」

为了兼具高性能与去中心化。YOUChain 设计了一个基于 PoS 和VRF 自抽签的快速 BFT 共识协议：YPOS。

共识流程，主要分为两个阶段：提议和投票。

1.在较大的候选集合中，通过VRF 自抽签机制，选取少量（如数十）的区块提议节点，后者将提出候选区块及其哈希。

2.在较大的候选集合中，通过VRF 自抽签机制，选取一定量（如数百到数千）的投票节点，为前一步提议的区块哈希按照某一种规则进行投票。

其中第二步，属于传统的BFT 共识的流程，核心是消息复杂度和延迟。我们做了大量的工作，使得我们的 BFT 算法实现了线性的通讯复杂度，可以在大型区块链网络中运行，并做到秒级收敛。

在节点的去中心化问题上，我们认为移动节点是未来方向。因此，我们做了大量的的工作，实现了家庭网络和移动网络的稳定传输和有效穿透。同时我们将节点输出成 SDK，植入到生态伙伴的APP，使得搭载 APP 的移动设备，成为网络的节点，这样我们的候选集合就有了海量的节点。

YOUChain 节点设计

安全性是区块链的基础。没有了这个，扩展性和去中心化都免谈。区块链最常见的攻击，是女巫攻击，大部分都是为了实现双花。

在对抗女巫攻击上，基于 PoW 和 PoS 系统都有成熟的经验。前者不表，后者主要是出块概率权重或者验证投票权重与抵押占比成正比。

一个现实问题是，对于移动节点，我们既无法要求他们有足够多的抵押，但又要捍卫它们的投票权。

如果完全按照抵押占比成正比的投票权中，移动节点的愿景将因失去激励而形同虚设；如果按照一设备一票，我们又难以抵御女巫攻击（因为节点很容易伪造）。

为了实现我们的远景和目标，我们设计了如下的节点结构。

节点类型

系统中包含两大类节点。

1.参议节点（senate-node）：部署在数据中心的服务器，拥有较强的计算、存储、网络性能，类似于网络骨干节点，前期有一定的准入。

2.众议节点（mass-node）：部署在家庭网络或者移动网络下的各类设备，无准入。

以上两类节点，均需要参与 token 抵押。我们为抵押设置一个最低准入门槛，选取抵押排名前若干位的账户作为候选集合，依照节点抵押的token 数量在候选集合的占比分配抽签权重。

节点选取方式

参议节点参数「待定」

众议节点参数「待定」

两类节点对比

我们既要保护网络的安全和性能，又要鼓励众议节点积极为网络做出贡献，因此，我们设计了两类投票主体。

YPOS 区块敲定

区块提议者，从参议节点集合中（性能考虑）选举，提出区块和哈希。

区块验证者，从参议节点集合和众议节点集合中分别选举，分别对提议的区块进行验证和投票，hash 较小的优先级高。

满足法定票数的区块，则为敲定的下一个区块

定义如下：

网络安全

参议节点与众议节点集合，均按照抵押占比分配抽签概率，可以抵御女巫攻击。

官方持有一定量的token，承诺永不抛售，但在网络早期，可用于网络安全性维护。

官方可以在必要时，可使得维护网络稳定的token 数量占据足够的份额，以确保网络的 security 和liveness。

链上将会设计针对各类不当行为的惩罚措施，使得各类节点有经济上的动力去诚实工作。

网络演进

YOUChain 开发者承诺，当众议节点的数量和质量，达到一定程度，将会推动主网持续升级。

通过安全分片技术提高可扩展性

逐步调整众议节点的选取参数，实现「人人可参与」

区块提议节点逐步过渡到从众议节点中选取

逐步降低参议节点集合法定票数

的要求

参议节点的功能将演进为：存储、转发

前面主要从区块链网络及其节点的本质出发，阐述了现有公链的去中心化和使用成本等问题，进而介绍了 YOUChain 的愿景和节点设计，最后给出了安全考量和演进策略。主旨是为了阐明设计的思考，引起讨论。

以下为问答素材：

Q1 参议节点的准入制，是否中心化？未来的演进措施是怎样的？

何畅彬: 设置参议节点角色，主要是保障网络的性能；前期有一定的准入制度，是基于“有责任的去中心化”的考虑。这个准入制度，其规则是公开透明的，满足一定的基本条件就都可以加入。其实是在所有的公链中，都会存在一些优质节点，拥有更好的计算资源及网络条件，在我们 YOUChain 中，我们只是把这些节点识别出来，让他们能发挥更大的作用，更好地服务于公链网络的稳定运行。未来随着社会整体硬件基础设施的进步及个人计算资源的发展，参议节点将逐渐演化为提供存储、转发等功能的节点，并将逐渐从“有准入”的机制变为“无准入”的机制。因此，参议节点的设置，并不意味着中心化；恰恰相反，这是用一种负责任的方式，更好地服务于去中心化这一目标。

Q2 官方持有一定量的 token，承诺永不抛售，不过是为了抵御攻击，只是有人收购了足够多的token，不就可以实施攻击了吗？

何畅彬: 1.网络的早期较容易受到攻击，所以官方的 token 将会起到抵御作用；2.在网络的进一步演进过程中，Token 进一步分散，在公开市场上收购足够多的 Token，将会被变得「经济学上不可能」

Q3 参议节点和众议节点的数量分别是多少？会不会扩容？

何畅彬: 参议节点，早期是有一定准入，后期会彻底放开。众议节点将无准入，海量。具体的数字，需要根据上线前，实际的情况而定。我们还在具体考量。

Q4 参议节点提议区块，是否有中心化问题？

何畅彬: 所谓“中心化”，本质上是少数人控制整个系统，能够施加超越既定规则的影响力。但是在我们的网络中，提议区块只是共识的一个步骤，被提议的区块，需要通过一个临时随机选举出来的验证委员会（包括参议节点和众议节点分别形成的两个验证委员会）验证并多数投票通过后，才是最终被接受的区块。本质上，随机选取任何节点来提议区块都可以，只是出于性能考虑，将该角色由参议节点承担。这跟“中心化”与“去中心化”问题并无影响。

Q5 我是咱们有链的老社群用户了，刚才提到的峰值TPS 和测试环境，我想再详细了解下

何畅彬: YOUChain 的社群为我们提供了部署在家庭网络下，超过 2000 个同时在线的 pc 节点和手机节点。在 5 月进行的一次压测中，我们随机选取超过500 节点进行共识出块，跑到峰值 TPS 为 1250，出块时间约为 3 秒。

Q6 何总你好，我是鱼链的联合创始人Jacky, 我想知道下，早期众议节点，为什么是安全的？未来节点众多的时候，如何更加安全？

何畅彬: 基于PoS的去中心化公链网络，其去中心化的过程，必定不会很快，会需要一定的时间。早期的普通节点可能比较少，因此众议节点也会比较少，因此可能比较容易被控制。基于对这个问题的考虑，我们在“有责任的去中心化”的基本原则下，会保持一定量的 token，专门用于维护网络安全，团队承诺绝不把这些token用于任何其他用途（包括但不限于售卖、转让）。随着网络的发展演进，将会有越来越多的节点参与众议节点的竞争，网络相关参与会逐渐调整，从而众议节点将越来越庞大，要控制众节点的多数也将变得越来越不可能。在这个过程中，前述Token也将逐渐从众议节点退出（这部分token永远不会参与流通）。最终，众议节点将变成一个去中心化的、“人人可参与”的同时也是安全的节点集合。

Q7 如果参议节点和众议节点验证结果不一致，怎么办

何畅彬: 简单而言，YPoS共识有超时机制，如果两类节点意见不一致，将会进入下一个round 的共识。

鲁军：我补充解释一下，正常情况下，不会出现验证结果不一致，只有被攻击成功，才会不一致，宣总的问题本质是个安全问题。我们设计了两类PoS投票机制，在经济学上保证了链的安全。相比较其他PoS机制，到YOUChain相对成熟阶段，攻击不仅要控制Token，还需要控制海量节点.

Q8 手机作为节点的时候，在4G/5G这样的网络状况下，移动手机节点可以做到区块广播和同步吗？

何畅彬:从我们实测的情况下，4G 的带宽是没有问题的，目前资费可能有一些问题。5G 这个事情会变得更好。在我们正在进行的手机节点测试中，部分用户选择把手机部署在家庭网络下，部分会在移动网络下。

Q9 TPS1250,出块3秒，用来承载企业应用还是承载交易？BM宣传100W承载企业应用，最后来个1W，最后用来承载菠菜了，我们是准备承载什么，交易吗？

赵峰：YOUChain的目标是真正的去中心化可大规模商业应用的公链，初期，YOUChain达到单片1250 TPS,3秒出块是已经是visa全球交易水平，可以满足商业应用需求， 可以承载各种商业应用和交易。另外EOS作为一个联盟链项目，性能确实做的很低，有很大提升空间，至于EOS上全是菠菜，是因为收费太贵，导致低利润率的商业无法在EOS落地，只有暴利行业可以付得起费用。 YOUChain正是解决这些行业痛点，提供基础公链设施，帮助行业发展和落地。

鲁军：YOUChain的目标是承载大规模商业应用。1250是我们第一阶段单片的性能，第二阶段会实现分片，达到性能可无限拓展。在第一阶段内，1250预估是足够使用。具体应用发展方向，公链是基础设施，无法干预行业发展。个人预计几类应用会先在YOUChain上发展：行业内已有的中心化应用比如币币交易，金融，游戏，内容。

Q10 YOUChain节点间的通信用的是什么呢？比websocket好多少？设计是否兼顾安全和高效？后期有改进可能性吗？

何畅彬:根据我们的设计理念，我们使用了 p2p 通讯，传输能力和穿透能力，理论上实际上，要比 websocket 直连性能要好。我们的设计已经充分考虑了安全和高效。当然也存在继续的改进的可能性。

Q11 YOU链打算主要用来存储哪类资产？

数字化资产，更需要机器信任保证的数字化资产。具体类别对公链不重要。

Q12 目前基于PoS的链都是事实上中心化的，为什么 YPoS不会中心化？

何畅彬：基于POS的链，典型的如EOS的DPoS，由少数超级节点完成账本的记账及网络运行，所以人们觉得它事实上是中心化的。而我们的YPoS不同之处在于，我们的整个记账过程是由提议和投票两步骤组成，参与每个步骤的节点，都是从参议、众议这两个很大的节点集合中，通过VRF密码学抽签机制随机不可预测地抽选出来的；而参议院与众议院的形成，最终是无许可的有一定竞争的，是人人可参与的，本质上代表了全网络所有节点，因此不存在少数节点控制记账过程的问题，也就是说YPoS与传统的其他PoS机制不同，YPoS是一种去中心化的机制，而且是比PoW更好的去中心化。

Q13 我看你们说节点数是海量，出块速度还比Algo快，这个是如何做到的？

何畅彬：Algorand的代码一开源，我们就仔细研读过。首先Algorand的核心是它设计的共识算法。我们就不说它17年的论文，按照论文里的设计，完成一轮共识需要至少6步，时间不低于10秒。而它开源的代码，核心也是共识，其它模块略显简陋。在我们看来，这是很让人吃惊的。影响公链出块速度的不仅仅是共识算法，还有消息广播方式、数据结构等等。比如，我们在网络上做了大量的优化。底层的通信模块全是我们自己的代码，包含了节点NAT穿透、使用rupd代替udp等。而Algorand用了最常见的第三方库，节点间的通信竟然用得是websocket。再比如，我们在Algorand中发现他们的VRF抽签没有考虑到精度的问题。所以，共识算法设计仅仅是公链很重要的组成部分，但绝不是全部。

Q14 何总您好，我是火种资本创始人蒋杰，据我了解，Algorand是一个明星团队，且不说科学家Silvio Micali ，即使其工程团队，也包含很多MIT的人才，我们基于他们的理论，如何有信心做得比他们好？

鲁军：从目前对Algo的代码研读来看，我们已经比他们做的好。你应该去问Algo，有没有信心比YOUChain做的更好。

何畅彬：Algo 是我们非常尊敬的一个对手，他们有很好理念和愿景，同时也有很好的技术团队。但是，从经济模型上，该项目依然无法超脱基于 PoS 的系统的富人集中问题。

同时，正如我们最近对于 Algo的论文和代码的分析连载文章总所展示的，该项目的最终实现，也是在最初的理想和工程现实中做了一定的折中和妥协，我们也发现一些模块的代码，存在于一定不安全性。YOUChain，在设计理念上，和该项目有巨大的差别。我们所推崇的海量节点，真正的去中心化，可扩展性和低成本使用，使得我们可以承载大规模的商业应用。YOUChain 的技术团队，对先行的公链的技术优缺点有着深刻的理解，同时我们在经济模型、共识协议、网络结构上的创新，将会使得我们将非常有可能超越 Algo。

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编译者/作者：不详

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