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Wanchain星系共识探索 — 委托机制

2019-06-12 14:26

在前面两篇文章中,我们介绍了星系共识整体流程和架构,以及两个核心算法,即随机数生成算法以及出块者选择算法。这两个算法能够保证在确定了共识参与者之后,共识过程能够安全稳定的进行。那么,如何才能够让所有的权益持有者参与到共识过程中呢?本文将详细介绍星系共识的委托机制。
1. 星系共识委托机制设计背景
当前区块链业界已经有了众多PoS共识机制,它们或由严谨细致的学院派提出,或由拥有丰富从业经验的产业界提出,但是都普遍缺乏实用性。体现在如下几点:
实际参与门槛较高
一方面,PoS共识协议虽不同于PoW对算力的高依赖性,但是也要求参与者节点有较好的计算能力和网络带宽,能够及时的完成协议内容,因此PoS参与者需要投入一定的硬件资源;另一方面,PoS的收益分配原则是“权益越大,收益越大”。二者相结合的结果就是参与PoS有较高门槛,即只有拥有较高权益的节点才会有足够的动力去参与PoS,拥有较小权益的节点则由于参与PoS的成本高于预期收益而被“拒之门外”。这个“门槛”虽不在PoS理论设计中,但是却是现实存在的。

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中心化风险
由于参与门槛较高,只有较大权益拥有者可以参与到PoS共识过程中,从而获取共识收益。而获取的共识收益会加大共识参与者和非参与者之间的权益差距,陷入“富者愈富,穷者愈穷”的恶性循环,最终可能导致共识中心化的风险。
违背基础安全假设的风险
几乎所有PoS共识机制的安全基础为诚实大多数假设(honest majority assumption),即诚实节点占参与共识协议权益的大多数。这个假设对于整个区块链网络是成立的,但是如果共识参与门槛很高,只能吸纳一小部分权益参与到共识过程中,那么具体到PoS共识协议中这一假设就未必成立了。这本质上是一个取样问题,当样本量较小时,并不一定具有整体的统计特征。
因此,如何设计一种机制能够降低PoS参与门槛,尽可能吸纳更多的权益参与到共识过程中,对整个共识的实用性和安全性都具有重要意义。 织梦好,好织梦
2. 星系共识委托机制的意义
星系共识在设计之初就充分的考虑了协议的实用性。这个实用性不仅仅体现在降低共识过程中需要的计算和存储资源,更重要的是能够保证共识的参与者能够顺畅的参与到整个过程中。星系共识具有完整的委托机制,拥有较大权益的节点可以直接参与到共识过程中,而拥有较小权益的节点可以通过委托机制参与到共识过程中。理论上任何一个WAN的持有者都有能够加入到共识过程中,这是PoS协议的精神所在,也是星系共识实用性的体现。在这一方案下,更多的WAN会加入到共识中,从而使整个网络更加安全健壮。
因此,完整的委托机制降低了PoS共识参与的门槛,提高了星系共识的实用性,与其他PoS共识协议相比具有明显优势。
3. 星系共识委托机制的理论基础——委托签名(proxy signature)
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委托签名是密码学中的一种特殊签名算法,它能够使一个个体,称为委托者或原始签名者(original signer),将自己对消息签名的权利委托给另外一个个体,即被委托者(proxy signer)。被委托者能够计算出一个委托签名,任何拥有原始签名者公钥的个体均可以验证签名的合法性。严格的说,委托签名算法为多个算法的集合,,其中 是一个标准数字签名算法(比如ECDSA),是委托和接受委托的算法,是委托签名生成算法,是委托签名验证算法。

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4. 星系共识委托机制的流程
星系共识的委托机制是基于三重ECDSA委托签名算法(Triple ECDSA Proxy Signature)实现,这一算法由Wanchain理论团队设计提出,兼具通用性、安全性和高效性。同时结合智能合约,星系共识实现了完整的委托机制,使得任何WAN的持有者均可以加入星系共识中,维护网络安全,并获取共识收益。假设Alice为一名普通的WAN持有者,公私钥对为;Bob为一名星系共识的受托验证节点,公私钥对为;Proxy_SC为一个特殊智能合约,用于验证并存储委托过程中的相关数据。现在Alice要委托Bob去代替自己参与星系共识,具体流程如下:
Step1:Alice在本地将自己的私钥、Bob的公钥输入三重ECDSA算法中,生成委托证书
Step2:Alice构造一笔交易,将委托证书发送到Proxy_SC,同时委托资金锁定在Proxy_SC中
Step3:Proxy_SC验证Alice所发委托证书的合法性,并生成代理公钥和委托证书一同存储在合约中

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Step4:Bob对Proxy_SC中存储的证书进行解析,利用自己的私钥计算得到代理私钥
Step5:代理公钥作为独立身份参与星系共识,Bob通过代理私钥完成共识过程,获取共识收益
Step6:共识收益按照委托约定,在Alice和Bob之间进行分配
Step7:委托期结束后,Proxy_SC将委托资金返还到Alice账户中
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来源:网络整理

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