星系共識(shí)的委托機(jī)制詳細(xì)介紹

1. 星系共識(shí)委托機(jī)制設(shè)計(jì)背景

當(dāng)前區(qū)塊鏈業(yè)界已經(jīng)有了眾多PoS共識(shí)機(jī)制，它們或由嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的學(xué)院派提出，或由擁有豐富從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)業(yè)界提出，但是都普遍缺乏實(shí)用性。體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

實(shí)際參與門檻較高

一方面，PoS共識(shí)協(xié)議雖不同于PoW對算力的高依賴性，但是也要求參與者節(jié)點(diǎn)有較好的計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬，能夠及時(shí)的完成協(xié)議內(nèi)容，因此PoS參與者需要投入一定的硬件資源；另一方面，PoS的收益分配原則是“權(quán)益越大，收益越大”。二者相結(jié)合的結(jié)果就是參與PoS有較高門檻，即只有擁有較高權(quán)益的節(jié)點(diǎn)才會(huì)有足夠的動(dòng)力去參與PoS，擁有較小權(quán)益的節(jié)點(diǎn)則由于參與PoS的成本高于預(yù)期收益而被“拒之門外”。這個(gè)“門檻”雖不在PoS理論設(shè)計(jì)中，但是卻是現(xiàn)實(shí)存在的。

中心化風(fēng)險(xiǎn)

由于參與門檻較高，只有較大權(quán)益擁有者可以參與到PoS共識(shí)過程中，從而獲取共識(shí)收益。而獲取的共識(shí)收益會(huì)加大共識(shí)參與者和非參與者之間的權(quán)益差距，陷入“富者愈富，窮者愈窮”的惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致共識(shí)中心化的風(fēng)險(xiǎn)。

違背基礎(chǔ)安全假設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)

幾乎所有PoS共識(shí)機(jī)制的安全基礎(chǔ)為誠實(shí)大多數(shù)假設(shè)（honest majority assumption），即誠實(shí)節(jié)點(diǎn)占參與共識(shí)協(xié)議權(quán)益的大多數(shù)。這個(gè)假設(shè)對于整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是成立的，但是如果共識(shí)參與門檻很高，只能吸納一小部分權(quán)益參與到共識(shí)過程中，那么具體到PoS共識(shí)協(xié)議中這一假設(shè)就未必成立了。這本質(zhì)上是一個(gè)取樣問題，當(dāng)樣本量較小時(shí)，并不一定具有整體的統(tǒng)計(jì)特征。

因此，如何設(shè)計(jì)一種機(jī)制能夠降低PoS參與門檻，盡可能吸納更多的權(quán)益參與到共識(shí)過程中，對整個(gè)共識(shí)的實(shí)用性和安全性都具有重要意義。

2. 星系共識(shí)委托機(jī)制的意義

星系共識(shí)在設(shè)計(jì)之初就充分的考慮了協(xié)議的實(shí)用性。這個(gè)實(shí)用性不僅僅體現(xiàn)在降低共識(shí)過程中需要的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，更重要的是能夠保證共識(shí)的參與者能夠順暢的參與到整個(gè)過程中。星系共識(shí)具有完整的委托機(jī)制，擁有較大權(quán)益的節(jié)點(diǎn)可以直接參與到共識(shí)過程中，而擁有較小權(quán)益的節(jié)點(diǎn)可以通過委托機(jī)制參與到共識(shí)過程中。理論上任何一個(gè)WAN的持有者都有能夠加入到共識(shí)過程中，這是PoS協(xié)議的精神所在，也是星系共識(shí)實(shí)用性的體現(xiàn)。在這一方案下，更多的WAN會(huì)加入到共識(shí)中，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加安全健壯。

因此，完整的委托機(jī)制降低了PoS共識(shí)參與的門檻，提高了星系共識(shí)的實(shí)用性，與其他PoS共識(shí)協(xié)議相比具有明顯優(yōu)勢。

3. 星系共識(shí)委托機(jī)制的理論基礎(chǔ)——委托簽名（proxy signature）

委托簽名是密碼學(xué)中的一種特殊簽名算法，它能夠使一個(gè)個(gè)體，稱為委托者或原始簽名者（original signer），將自己對消息簽名的權(quán)利委托給另外一個(gè)個(gè)體，即被委托者（proxy signer）。被委托者能夠計(jì)算出一個(gè)委托簽名，任何擁有原始簽名者公鑰的個(gè)體均可以驗(yàn)證簽名的合法性。嚴(yán)格的說，委托簽名算法為多個(gè)算法的集合，，其中 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字簽名算法（比如ECDSA），是委托和接受委托的算法，是委托簽名生成算法，是委托簽名驗(yàn)證算法。

4. 星系共識(shí)委托機(jī)制的流程

星系共識(shí)的委托機(jī)制是基于三重ECDSA委托簽名算法（Triple ECDSA Proxy Signature）實(shí)現(xiàn)，這一算法由Wanchain理論團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)提出，兼具通用性、安全性和高效性。同時(shí)結(jié)合智能合約，星系共識(shí)實(shí)現(xiàn)了完整的委托機(jī)制，使得任何WAN的持有者均可以加入星系共識(shí)中，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，并獲取共識(shí)收益。假設(shè)Alice為一名普通的WAN持有者，公私鑰對為；Bob為一名星系共識(shí)的受托驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，公私鑰對為；Proxy_SC為一個(gè)特殊智能合約，用于驗(yàn)證并存儲(chǔ)委托過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在Alice要委托Bob去代替自己參與星系共識(shí)，具體流程如下：

Step1：Alice在本地將自己的私鑰、Bob的公鑰輸入三重ECDSA算法中，生成委托證書

Step2：Alice構(gòu)造一筆交易，將委托證書發(fā)送到Proxy_SC，同時(shí)委托資金鎖定在Proxy_SC中

Step3：Proxy_SC驗(yàn)證Alice所發(fā)委托證書的合法性，并生成代理公鑰和委托證書一同存儲(chǔ)在合約中

Step4：Bob對Proxy_SC中存儲(chǔ)的證書進(jìn)行解析，利用自己的私鑰計(jì)算得到代理私鑰

Step5：代理公鑰作為獨(dú)立身份參與星系共識(shí)，Bob通過代理私鑰完成共識(shí)過程，獲取共識(shí)收益

Step6：共識(shí)收益按照委托約定，在Alice和Bob之間進(jìn)行分配

Step7：委托期結(jié)束后，Proxy_SC將委托資金返還到Alice賬戶中

5. 星系共識(shí)委托機(jī)制的優(yōu)勢

通用性

星系共識(shí)的委托方案在標(biāo)準(zhǔn)簽名、權(quán)利委托和委托簽名中均使用ECDSA簽名算法，這一算法也在區(qū)塊鏈領(lǐng)域廣泛使用。它與已有的區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)完全兼容。無論是直接注冊加入到共識(shí)機(jī)制中，還是通過委托機(jī)制加入，對參與者出塊的驗(yàn)證邏輯完全一致。

非交互

委托的過程是非交互的，因此委托者和受托節(jié)點(diǎn)之間不必建立安全的通信信道，完全通過鏈上交易完成委托，在共識(shí)過程中更加高效。

高安全性

已有的一些委托機(jī)制，往往需要委托者將資金轉(zhuǎn)入受托節(jié)點(diǎn)賬戶，由受托節(jié)點(diǎn)直接參與共識(shí)，并完成收益分配。這種方式是中心化的，對受托節(jié)點(diǎn)誠信度要求較高，容易發(fā)生“攜款跑路”的現(xiàn)象，對委托者資金安全產(chǎn)生巨大安全。星系共識(shí)的委托機(jī)制基于密碼學(xué)算法實(shí)現(xiàn)，委托者的本金被鎖定在智能合約內(nèi)，受托節(jié)點(diǎn)只獲得委托者的參與共識(shí)的權(quán)利，并不對用戶資金具有任何控制權(quán)，因此能夠充分保障用戶的資金安全。

公開透明

星系共識(shí)委托機(jī)制中，委托的過程以及受托節(jié)點(diǎn)參與共識(shí)的數(shù)據(jù)都在鏈上進(jìn)行存證，所有數(shù)據(jù)公開透明。一方面，保證受托節(jié)點(diǎn)能夠公平分配共識(shí)收益，無法作惡；另一方面，也方便委托者能夠?qū)κ芡泄?jié)點(diǎn)的活性進(jìn)行甄別，從而選擇合適的受托節(jié)點(diǎn)。

Wanchain項(xiàng)目的代幣持有者足夠分散，因此想通過資金回籠形成寡頭壟斷的局面相對困難。