컨센서스 레이어의 진화를 되돌아보면 "POS+"는 퍼블릭 체인의 추후 개발을 위한 탈출구일 수 있습니다.

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컨센서스 레이어의 진화를 되돌아보면 "POS+"는 퍼블릭 체인의 추후 개발을 위한 탈출구일 수 있습니다.

李雪婷

2019-02-28 10:17

本文约8797字，阅读全文需要约35分钟

"인생은 자신의 길을 찾을 것입니다." - "쥬라기 공원." PoS의 탄생도 탈출구를 찾는 PoW의 자기 진화와 같습니까?

애널리스트 | 리쉐팅

에디터 | 하오 팡저우

편집자 주: 10시간도 채 남지 않았습니다.(여기서 카운트다운)，이더리움은 블록 높이 7,080,000에서 콘스탄티노플/상트페테르부르크 네트워크 업그레이드를 활성화합니다.. 이 업그레이드는 의심할 여지 없이 최근 블록체인 세계에서 가장 우려되는 사건이며 디지털 통화 시장의 막대한 이익에 영향을 미칠 뿐만 아니라 퍼블릭 체인 기술 탐색의 또 다른 이정표이기도 합니다. 블록체인을 "2.0 시대"로 이끌고 "먼 길을 걸어온" 이더리움은 이번 포크를 통해 PoW 합의 메커니즘에서 PoS 합의 메커니즘으로 더욱 전환될 것입니다. 오데일리 연구소가 바라는합의 메커니즘의 관점에서 역사로 돌아가서 합의 계층의 진화를 요약하고 주류 PoW 및 POS 변형(또는 PoS+)을 비교하는 데 초점을 맞추고 "POS+" 하이브리드 합의를 생각하는 이유를 설명합니다. 메커니즘은 퍼블릭 체인의 향후 개발을 위한 탈출구가 될 것입니다.。

블록체인은 탈중앙화 분산 원장 시스템으로 P2P 네트워크 하에서 높은 네트워크 지연으로 인해 각 노드에서 관찰되는 트랜잭션 순서가 완전히 일치할 수 없습니다. 따라서 블록체인 시스템은 일정 기간 내에 발생하는 일련의 트랜잭션에 대한 합의 메커니즘을 설계해야 합니다. 시간 창 내에서 트랜잭션 순서에 대한 합의에 도달하기 위한 이 알고리즘을 "합의 메커니즘"이라고 합니다. 합의 메커니즘은 탈중앙화라는 개념으로 노드 간의 상호 신뢰 문제를 해결하여 블록체인이 정보 전송 과정에서 동시에 가치 전송을 완료할 수 있도록 합니다.

그러나 탈중앙화 시스템에서는 합의 알고리즘에 도달하기가 쉽지 않습니다. Satoshi Nakamoto는 지금까지 가장 안전하고 신뢰할 수 있는 퍼블릭 체인 합의 알고리즘이라고 할 수 있는 PoW(작업 증명) 기반의 합의 메커니즘을 제안했습니다. 나중에 PoS(Proof of Stake, Proof of Stake) 메커니즘이 속속 등장했고 DPoS(Delegated Proof of Stake, Delegated Proof of Stake) 메커니즘과 같은 PoS 메커니즘의 일부 변형이 등장했습니다. 이러한 합의 메커니즘에는 고유한 장점이 있지만 단점도 있는 것으로 입증되었습니다.

이 때문에 블록체인 분야에서 사람들은 아래 그림과 같이 더 나은 합의 메커니즘에 대한 탐구와 혁신을 멈추지 않았습니다.

PoW 문제 강조

PoW(Proof of Work)는 작업에 따른 분배 모델, 즉 채굴자들은 부기권을 위해 싸우는 작업량의 크기에 의존합니다. 광부들이 장부에 대한 권리를 얻을 확률이 높아집니다.

보조 제목

1. 자원낭비

PoW 합의 프로세스는 블록체인 네트워크 노드가 기여하는 컴퓨팅 파워에 크게 의존합니다.이 컴퓨팅 파워는 주로 SHA256 해시 및 난수 검색을 해결하는 데 사용되며 실제로 효과적인 사회적 가치를 생성하지 않습니다. 암호화된 디지털 통화의 인기가 높아지고 전문 채굴 장비가 등장함에 따라 암호화된 디지털 통화 생태계는 자본 및 장비 측면에서 명백한 "군비 경쟁" 상황을 보여 점차 에너지 소비가 높은 자본 집약적 산업이 되었습니다. , 리소스 소비 문제를 더욱 강조합니다. ~에 따르면Digiconomist데이터에 따르면 비트코인과 이더리움이 국가로 간주되면 채굴의 총 전력 소비가 알제리, 이스라엘, 그리스 및 기타 국가를 능가하여 세계 45위를 차지했습니다.

보조 제목

2. 컴퓨팅 파워 집중

~에 따르면

~에 따르면btc.com보조 제목

3. "최종 일관성" 부족

보조 제목

4. 낮은 비즈니스 처리 성능

첫 번째 레벨 제목

PoS의 제안과 Peercoin의 실천

PoW 문제의 점진적인 중요성으로 인해 사람들은 이 메커니즘에 대해 의문을 제기하고 생각하게 되었습니다. PoS가 여기에 있습니다.

PoS 합의 메커니즘의 제안은 채굴의 "공유지의 비극"에 대한 논쟁에서 비롯되었습니다. "공유지의 비극"은 1968년 Garrett Hardin 교수가 "공유지의 비극"이라는 논문에서 제안했습니다. 그는 자원으로서의 커먼즈는 사용자가 많고, 각 사용자는 자원이 남용되고 고갈될 것이라는 것을 알고 있지만 다른 사람이 사용하는 것을 막을 권리가 없다는 점을 지적했다. 상황. .

2010년 11월 마이닝 커먼즈 비극(Disturbingly low future difficulty equilibrium) Vandroiy가 지적하고 널리 논의되었습니다. 논의의 초점은 비트코인 시스템이 시스템의 보안과 안정성을 유지하기 위해 많은 컴퓨팅 파워를 소비해야 한다는 것입니다. 시스템에서 철수하면 그에 따라 비용이 줄어들고 비트코인 네트워크 시스템은 "공유지의 비극"을 경험하게 됩니다.

2011년 7월, 디지털 화폐 애호가들은 Quantum Mechanic PoS 지분 증명 합의 메커니즘의 개념은 비트코인 포럼(Proof of stake instead of proof of work). 지분 증명 합의 메커니즘의 개념은 등장 이후 많은 사람들이 선호해 왔습니다. 사람들은 지분 증명이 광업의 "공유지의 비극"에 대한 해결책이 될 수 있다는 것을 깨달았습니다.

PoW 물리적 채굴과 달리 PoS 합의는 전체 채굴 프로세스를 가상화하고 채굴자를 검증자로 대체하는 것입니다.

그 운영 과정은 다음과 같다：

유효성 검사기는 자신이 소유한 일부 토큰을 보증금으로 잠가야 합니다.
그런 다음 블록 유효성 검사를 시작합니다. 동시에 체인에 추가할 수 있다고 생각하는 블록을 찾으면 지분을 배치하여 이를 확인합니다.
블록이 체인에 성공적으로 업로드되면 유효성 검사기는 지분에 비례하는 보상을 받습니다.

2012년 8월 Sunny King은 Peercoin(PPC)을 출시했으며 PoS가 처음 실행되었습니다. PoS에서는 시스템의 컴퓨팅 파워가 가장 높은 노드가 아닌 가장 높은 에쿼티를 가진 노드가 부기 권한을 갖게 되며, 이 에퀴티는 코인 에이지 또는 코인 데이라고 하는 특정 양의 통화에 대한 노드의 소유권에 반영됩니다. Dotcoin은 PoW와 PoS 합의 알고리즘을 결합한 것으로, 초기에는 PoW 채굴 방식을 사용하여 채굴자에게 Token을 분배하고 이후에는 채굴 난이도가 높아질수록 PoS 합의 알고리즘으로 시스템을 유지하게 됩니다. 그러나 PoS의 후기 단계에서 투자자는 자본을 통해 Peercoin을 축적하고 독점할 수 있으며, 이는 Peercoin의 순환을 감소시킵니다.

예: 각 코인은 하루에 1개의 코인 나이를 생성합니다.예를 들어 총 30일 동안 100개의 코인을 보유하고 있다면 현재 코인 나이는 3000입니다. 새로운 블록이 생성되면 부기권을 얻고자 하는 다른 노드들도 해쉬값을 계산해야 하며, 조건을 만족하는 해쉬값을 얻기 위한 난이도는 난이도 값과 관련이 있다. 통화 나이, 즉 코인 나이가 많을수록 자격을 갖춘 해시 값을 얻을 확률이 높아집니다.동시에 코인 나이는 비워지고 시스템은 계산 후 해당 "이자"를 줄 것입니다.매번 이자는 3000 * 이자율 / 365이며 Peercoin의 이자율은 1%, 즉 0.08 코인입니다.

그 후 PoS는 더 많은 변형을 파생했으며 각 변형은 종종 블록체인 토큰의 경제 모델 변경을 포함합니다. 예를 들어 ReddCoin, Slimcoin 등은 모두 PoS 개발을 추진했으며 PoS 연구의 최전선에는이더리움(캐스퍼), 카르다노(우로보로스), 프랙탈첫 번째 레벨 제목

PoS는 완벽한 대안이 아닙니다.

객관적으로 말하자면, PoS 메커니즘의 탄생은 PoW의 몇 가지 단점을 해결합니다.

1. PoS 메커니즘으로 새로운 블록을 개발하면 리소스 낭비를 어느 정도 피할 수 있으며 동시에 시스템 블록의 자동 출력은 제한된 디지털 리소스로 인한 디플레이션을 완화합니다.

2. PoW 메커니즘에서 채굴 풀은 규모의 경제를 통해 생산량을 늘리고 장기 평균 비용을 줄입니다. 그러나 PoS 합의 메커니즘은 중앙 마이닝 풀의 규모의 경제에 대한 요구를 약화시켰고 컴퓨팅 파워의 중앙 집중식 독점 상황도 완화되었으며 개별 경쟁력의 차이는 상대적으로 감소했습니다.

3. 51% 공격에 관한 한, PoS 합의 메커니즘에 의한 1시간 공격을 시작하는 비용은 PoW 합의 메커니즘보다 훨씬 높습니다.

비트코인을 예로 들면 비트코인의 현재 순환 공급량은 17,551,500 BTC입니다. 합의 알고리즘이 PoS인 경우 51% 공격은 8,775,750 BTC를 보유해야 하며 이는 시장 가치로 34,906,510,958 달러에 해당합니다. $242,051. 다른 디지털 통화에 대한 PoS에 대한 51% 공격 비용과 1시간 동안 PoW에 대한 51% 공격 비용은 위의 표 1에 나와 있습니다.

그렇다면 PoS 합의 메커니즘은 완벽할까요? 내 대답은 아니오 야.

첫째, PoS 자체는 구현하기가 더 어렵습니다.

1) 토큰 발행 문제. 처음에는 제네시스 블록에서 토큰만 발견되었고 토큰 채굴권을 분배해야만 네트워크가 성장할 수 있습니다. 그러나 현재 많은 국가에서 ICO가 금지된 환경에서 규정을 준수하고 균형 있게 Token을 분산시키는 것은 어려운 문제가 되었습니다.

2) 부기 노드의 수를 결정하기 어렵다. 대부분의 PoS는 PBFT 알고리즘에 의존하지만 PBFT는 블록 생산자를 선출하기 위해 노드 수를 결정해야 합니다. PoS 메커니즘에서 노드는 언제든지 채굴에 참여하거나 철회할 수 있으므로 임계값이 없으면 총 선거 수를 결정할 수 없으며 1/2 또는 2/3의 합격률을 측정할 수 없습니다. 뿐만 아니라 회계 노드의 불확실성도 네트워크 분할 가능성을 높여 포크로 이어질 것입니다.

또한 PoS 시스템은 다양한 유형의 해커 공격에 저항할 수 있는 매우 안전한 네트워크를 필요로 하며, 현재 이 정도의 강점이 입증된 퍼블릭 체인은 없으며, 이더리움도 해커 공격을 받는 경우가 많습니다.

둘째, 수동적 진화는 예상치 못한 중앙 집중화의 결과입니다. PoW 합의 메커니즘(ASIC 마이닝 머신에 대한 마이닝 알고리즘)을 사용하는 퍼블릭 체인의 경우 블록 생성 및 보안은 주로 컴퓨팅 성능의 분산에 따라 달라집니다. 그래픽 카드와 네트워크만 있으면 누구나 채굴자가 될 수 있어 사용자가 사용할 수 있는 문턱을 낮추고 더 많은 사람들이 채굴에 참여하도록 촉진하며 컴퓨팅 파워의 조기 분산을 실현합니다. 컴퓨팅 파워의 51% 이상이 정직한 채굴자에게서 나오는 한 블록체인 거래는 상대적으로 안전하고 되돌릴 수 없습니다.

그러나 PoS 합의 메커니즘을 사용하는 퍼블릭 체인의 경우 메인넷 출시 초기에 제네시스 블록에 할당된 대부분의 토큰은 제한된 수의 프로젝트 당사자 및 개인 투자자에게 속합니다. 블록체인에서 블록을 생성할 수 있는 권한은 이러한 플레이어에 의해서만 결정될 수 있습니다. 이 사람들이 공모하여 블록체인을 공격하면 이중 지출 공격(Double Spending Attack)이 성공적으로 구현될 수 있습니다. 개발자와 투자자의 이익은 토큰의 가치에 충분히 반영되지만, 이익을 위해 악의적인 행동에 참여하지는 않지만 PoS 퍼블릭 체인은 메인넷이 가동된 후 필연적으로 이들에 의해 독점되고 지배될 것입니다. 설상가상으로 블록이 많은 보상과 거래 수수료를 얻을 수 있다면 이러한 독점은 많은 양의 지분을 자신의 손으로 확고하게 통제할 것이며 PoS 퍼블릭 체인은 본질적으로 거인이 통제하는 네트워크가 될 것입니다.

셋째, Nothing at Stake 문제입니다. PoW 메커니즘에서 블록체인에서 포크가 발생하면 채굴자는 채굴 방향을 선택해야 합니다. PoS 메커니즘에서 PoS 채굴자는 이익을 극대화하기 위해 양방향으로 채굴하는 경향이 있습니다. 포크는 리소스를 소비하지 않기 때문입니다. 채굴자는 자신의 블록에서만 채굴하는 포크를 생성하면서 가장 긴 체인에서 채굴할 수 있습니다. 또한 다른 검증자들도 기꺼이 포크를 받아들입니다.그는 "채굴"에 손실이 없기 때문에 두 체인에서 동시에 "채굴"할 수 있습니다.반대로 그가 "채굴"하지 않으면 체인이 수락되면 손실을 입게 되므로 정직한 검증자라도 동시에 모든 체인에서 "채굴"하는 경향이 있습니다. 그들은 이 시도가 전체 토큰의 가치를 떨어뜨릴 것이라는 것을 알지만 돈이 거의 없고 신경 쓰지 않습니다.이것이 소위 공유지의 비극입니다.

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PoW+PoS 하이브리드 메커니즘이 이상적에 가깝습니다.

거의 모든 합의 메커니즘에는 고유한 장점이 있지만 단점도 있습니다.어떤 합의 메커니즘도 블록체인 "불가능한 삼각형" 문제를 완벽하게 해결할 수 없습니다. 따라서 사람들은 두 합의의 장점을 결합하고 일부 단점을 피하기 위해 두 합의를 혼합하는 것이 가능한지 생각하기 시작했습니다. 그래서 "하이브리드 합의"가 있습니다. "하이브리드 합의"에서 PoW+PoS 하이브리드 메커니즘은 가장 인기 있고 성공적인 합의 알고리즘 중 하나입니다.

2014년 4월 Larry Ren(Larry Ren)은 속도의 지분 증명(stake-proof of speed)을 제안했습니다.Proof of Stake Velocity，PoSV) 합의 메커니즘. PoSV 알고리즘은 PoW를 사용하여 초기 단계에서 토큰 배포를 실현하고 PoSV를 사용하여 후기 단계에서 장기적인 네트워크 보안을 유지합니다. PoSV는 PoS에서 통화 연령과 시간의 선형 함수를 지수적 감쇠 함수로 수정합니다. 따라서 신주화의 주화연령은 상한선에 도달할 때까지 구 주화보다 빠르게 성장하여 주화보유자들이 주화를 사재기하는 현상을 어느 정도 완화시킨다.

2014년 5월에 발행된 Slimcoin은 PoW 및 PoS 기반의 소각 증명을 제안합니다. Proof of Burn，PoB) 합의 메커니즘. 그 중 PoW 합의는 토큰의 초기 공급을 생성하는 데 사용되며, 시간이 지남에 따라 블록체인 네트워크가 충분한 토큰을 축적하면 시스템은 공동 유지를 위해 PoB 및 PoS 합의에 의존합니다. PoB 합의의 특징은 채굴자들이 자신의 Slimcoin을 회수 불가능한 특정 주소로 전송(소각)하여 새로운 블록의 회계권을 놓고 경쟁하는 것입니다.

2014년 12월에 제시된 행동 증명( Proof of Activity，PoA ) 합의도 PoW + PoS를 기반으로 하는데 PoW에서 채굴한 토큰 중 일부를 복권의 모든 활성 노드에 분배하고 노드가 소유한 권리와 이익은 복권의 수에 비례합니다. 즉, 이길 확률.

2015년 제안된 캐스퍼는 이더리움이 세레니티(Serenity) 로드맵의 4단계에서 채택할 합의 알고리즘으로 아직 설계, 논의, 개선 단계에 있다. 현재 Casper에는 Vitalik Buterin이 이끄는 CFFG(Casper Friendly Finality Gadget)와 Vlad Zamjir가 이끄는 Casper the Friendly Ghost(CBC)의 두 가지 버전이 있습니다.

Casper FFG는 하이브리드 PoW+PoS 합의 메커니즘입니다. 지분 증명 전환 프로세스를 버퍼링하도록 설계되었습니다. 설계된 방식으로 지분 증명 프로토콜은 작업 증명 프로토콜의 일반 이더리움 버전에 중첩됩니다. 블록은 여전히 작업 증명을 통해 채굴되지만 50번째 블록마다 네트워크의 검증자가 최종성을 평가하는 지분 증명 체크포인트(PoS 블록)가 있습니다. 캐스퍼 CBC프로토콜에는 추정안전성 오라클이 존재하며 합리적인 에러추정치를 설정한 경우를 제외하고는 미래에 발생할 수 있는 모든 에러를 열거하고 일정간격 내에서 그 정확성을 판단하여 그 정확성을 보장 .

Casper FFG는 PoW + PoS 합의인 반면 Casper CBC는 명확한 PoS 합의입니다. 동시에 PoS 합의의 두 가지 주요 원칙은 체인 기반 PoS와 비잔틴 내결함성 PoS입니다. CBC는 체인 기반 PoS 설계인 반면 CFFG는 이 둘의 조합입니다.

Casper와 다른 PoS 합의의 차이점은 다음과 같습니다. Casper는 모든 악의적 요소를 처벌하는 프로세스를 구현합니다.

검증인은 그들이 소유한 이더의 일정 비율을 보증금으로 스테이킹합니다.
그런 다음 블록 유효성 검사를 시작합니다. 즉, 체인에 추가할 수 있다고 생각하는 블록을 찾으면 베팅을 하여 이를 확인합니다.
블록이 체인에 추가되면 유효성 검사기는 지분에 비례하는 보상을 받습니다.
그러나 유효성 검사기가 악의적인 방식으로 행동하고 "아무것도 위태롭지 않은" 일을 시도하면 즉시 처벌을 받고 모든 지분이 차단됩니다.

사실 이더리움이 PoW에서 PoS로 바뀐 이유는 여러가지 고려사항 때문입니다. 성능 압박, 컴퓨팅 성능에 대한 실질적인 위협, 다른 퍼블릭 체인과의 경쟁으로 인한 문제가 있습니다. 그러나 대체로 이더리움이 제안한 "먼저 PoW+PoS로 전환한 다음 PoW를 완전히 포기"하는 현재 경로도 합의 메커니즘의 혁신입니다.

그러나 현실은 이 경로를 구현하는 데 상대적으로 느립니다. 이더리움은 거대한 커뮤니티이기 때문에 합의 메커니즘을 변경하면 커뮤니티에서 생산자 역할을 하는 채굴자들의 이익이 일관성이 없게 됩니다. PoW에서 PoS로의 직접적인 전환은 어려울 수밖에 없습니다.

요컨대 이더리움의 업그레이드는 기술적인 문제가 아니라 커뮤니티의 합의에 도달하기 어려운 문제로, 하드포크를 위해 직접 업그레이드를 하게 되면 커뮤니티에 분열이 생길 수 있으며 대부분의 생태계는 Ethereum도 분할됩니다.

PoS로 직접 변환하지 않는 이유는 무엇입니까? Vitalik Burterin의 답변은 간결하고 직접적입니다.

"PoW 메커니즘에서 PoW+PoS 트랜잭션 하이브리드 메커니즘으로의 변경은 매우 작으며, 더 빠르고 안전할 수 있으며 비교하여 사용자에게 더 유익합니다. 우리는 메커니즘 변경으로 인한 위험을 피하고 싶기 때문에, 시스템이 더 안전해진 후에야 더 많은 투자를 할 수 있습니다.”

2017년 8월 Cardano가 제안한 Ouroboros 합의는 PoS를 기반으로 하는 블록체인 프로토콜이며 엄격한 보안 보장이 있습니다.PoS 합의 프로세스를 구동하기 위해 새로운 보상 메커니즘을 사용하는 것이 특징이므로 정직한 노드의 행동이 대략적인 노드를 구성합니다. 블록 차단 및 이기적 채굴과 같은 채굴자의 전략적 행동으로 인한 보안 공격을 효과적으로 방어하기 위해 사용되는 내쉬 평형.

참조:

1. Yuan Yong, Ni Xiaochun, Zeng Shuai, Wang Feiyue. 블록체인 합의 알고리즘의 개발 상태 및 전망 [J]. Acta Automatica Sinica, 2018,44(11):2011-2022.

2. 이더리움 캐스퍼 프로토콜이란 무엇입니까? https://ethfans.org/posts/ethereum-casper

3. PoS가 PoW보다 51% 공격을 더 잘 피할 수 있는 이유는 무엇입니까? https://www.daily.com/post/5135670