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Cosmos 验证人的经济机制:在区块链的时代桥接现有经济系统

2019-04-01

详解万众瞩目的Cosmos。

编者按:本文来自Cosmos互联链,译者Bryan、Lucas、Arthur 和 Suyu ;原文来自medium,作者 Felix Lutsch、Brian Crain、Meher Ro 和 Chjango Unchained ;Odaily星球日报经授权转载。

Cosmos 验证人的经济机制:在区块链的时代桥接现有经济系统

1.Cosmos经济系统设计

Cosmos是即将上线的区块链网络,它通过提供扩容性和交互操作性来变革区块链领域。Cosmos络将由Atom(Cosmos的权益抵押代币)的持有者和验证人共同担保,他们将运行验证人点来验证交易并维护网络的共识。

定义:

我们随后定义了Cosmos系统的关键部分,因为即使对Cosmos非常了解的人也可能不清楚最新计划。首先,我们把经济设计的关键组成部分解释一下。

Cosmos Hub

Cosmos Hub是Cosmos网络的第一区块链。该Hub将连接到许多其他区块链,Hub可以看作是这些区块链的轻客户端。这将使得跨链之间的代币转移能够能通过Hub进行路由。

Atom

Atom是Cosmos Hub的原生代币。Atom的核心效用是作为一个权益抵押机制来确保Hub在权益证明过程中起到押金作用。借用工作量证明的挖矿操作做比喻,你可以将Atom视为一种虚拟化的ASIC。每个验证人抵押的Atom将决定它被选为出块人的频率和在提交区块投票时的权重。具体的信息在这篇博客中有详细的解释。为了激励大家都抵押持有的Atom,每个验证人可以获得相应的出块奖励、抵押获利和白名单上的手续费(具体说明见下文)。

验证人

验证人通过验证和中继交易,提出、核实和确认区块来确保Cosmos Hub的安全。验证者可以抵押自己的Atom或接受其他Atom持有者的委托。验证人数量是有上限的,最初为100人,每个人将被要求能够运行在高度可靠的、支持自动签名的基础设施上。验证者在连接到P2P网络进行区块签名时,他们必须确保他们的私钥是安全的。验证者可以向委托人索取一定比例的佣金,作为他们维护网络安全的费用。

委托人

Cosmos Hub的委托人是Atom的持有者。他们通过委托Atom来保护Cosmos网络的安全。抵押Atom时没有最小数量的要求。具体的途径是他们通过选择委托给一个或多个验证者,验证人将获得委托人的投票权重。如果验证者行为不当(例如,在同一个区块高度签署两个不同的区块),那么有错误行为的验证者和委托者抵押的部分抵押代币都将会被罚没一部分。作为回报,委托人可以获得一定比例的交易费用和区块奖励。

Atom的 “通货膨胀”

抵押的Atom会通胀出更多的Atom,它将作为区块奖励的一部分发放给参与到共识中的验证人和委托人。这也激励了Atom持有者,不要被动地将他们的Atom存放在钱包中,而且把它们用于权益抵押以保证网络安全。每个块通胀出的新Atom的数量取决于抵押的数量和在网络中的Atom供应的百分比。Atom是用作保护网络安全的抵押物。Atom的目标抵押比例是2/3。如果抵押的Atom较少,通过通胀出的Atom将会增加。每年的通胀率的上限是20%。如果超过2/3的Atom被抵押,那么通胀出的Atom将会逐步下降,每年的通胀率的下限是7%。

交易手续费

Cosmos网络上的交易将会收取与其他现有区块链相似的交易费用。与现有的区块链不同的是,Cosmos网络计划接受多种代币用于支付交易费用(请参阅列入白名单的代币以获得更多信息)。产生的交易费用中与税有关部分进入Reserve Pool,然后根据抵押比例分配给验证者和委托人。Reserve Pool中的资金计划用于增加Cosmos网络的安全性和价值,也可能根据治理系统的决策进行分配。

链上治理

Cosmos网络采用让Atom持有者对提案投票的方法进行链上管理,提案可以调整系统参数,实施升级或改变管理Cosmos Hub的治理宪法。(目前关于Cosmos Hub的治理宪法尚未实施。)网络中的每个分区都可以有自己的法规和治理机制。委托人通过继承他们所委托的验证人的选票来参与投票过程。如果有特定情况,委托人有选择权更改原先他们委托给Atom验证者的选票。

Photon 光子

Cosmos 网络当前计划引入第二种代币,目的是补充原生的权益代币Atom,用来在网络中作为一种手续费代币。这样做的想法是通过引进一个手续费代币,现在暂且叫它“Photon”,因为它降低了Atom的流动性,进而使得网络中没有被抵押的Atom数量减少,安全性得以加强。原因是降低Atom的流动性使得一个攻击者在网络中获得足够大量的代币来发动攻击变得更加困难。通过之前描述的通胀机制,将进一步激励把Atom用作权益抵押的目的。

以这种方式通胀出来的Atom被分发给抵押Atom的验证者和委托人。这个过程将稀释没有被抵押的Atom的价值。在过程中有效的降低没有用于权益抵押的Atom的价值。光子(Photon)作为第二种代币被设计的具有高流动性,并且具有通胀率逐渐地达到0的特征。新产生的Photon将被分配给验证者和委托人来作为它们做出的贡献的奖励。验证人将会在这些奖励中抽取佣金。到目前为止,是否在Cosmos 网络上线初期激活Photon并没有确定,需要通过在Cosmos Hub上投票来确定。

硬勺 Hard Spoon

Photon很可能会被分配给Atom的持有者,同时也可以通过一个类似空投的方式发放给所有的ETH持有者,以太坊的某个区块高度的状态快照为基准。所以,我们需要在Cosmos网络中创建一个专门的分区区块链来获得Photon。这个区块链中用户的账户和以太坊一致,之后Photon可以被转移到其他区块链来支付手续费。Photon代币的价值在之前的博客中已经有了明确的说明。希望通过这样一种方式,鼓励以太坊的用户迁移到Cosmos网络中来享受更优质的区块链服务。Hard Spoon的相关参数计划由一个管理投票来决定,在这个投票中Hard Spoon的形式将被决定,如光子(photon)在Ether持有者和Atom持有者中怎么分配和它的通胀率。关于Hard Spoon将会被怎么样执行和会有什么样的关于Photon的经济参数的核心问题会在主网上线后被确定。

佣金比率

为了鼓励大家成为一个验证文而不是仅仅委托Atom给一个验证者,验证人们将可以为他们提供的服务收取佣金。验证者们可以自己选择设定一个佣金率,例如15%,这个佣金率默认被统一地应用于所有的手续费和区块奖励(比如:Atom和Photon)。进而,产生的收入的85%将会给委托人,而剩下的15%将会因验证人提供的服务而被其持有。验证者可以在服务、安全和佣金率等方面竞争。同时,委托人可以选择在出价、服务和安全阀值方面最适合他的验证人。

验证人针对Atom、Photon和手续费收取的佣金率可以是可变化的。目前为止,默认的模式是对Atom和Photon的区块奖励,以及交易费用采取单一佣金率。然而,如果社区选择在以后将这个设置换成针对每一个手续费代币收取不同的佣金,社区可以通过链上治理来完成这一目标。

手续费白名单

除了两个Cosmos原生代币,Atom和Photon,等到其他代币在Cosmos Hub上面可以使用后,计划将其他代币(例如:比特币和以太币)加入白名单来在网络上面支付交易费用。哪个代币将会被接受会通过链上治理投票的方式来决定。代币模型论文中详细讲述了这些将来可能发生的事情。通过验证人自己对每个代币的估价是多少来决定,是否被列入白名单的代币可以被接受作为费用的报酬。

2. Atom 持有者的利弊权衡

Atom与Photon是两种不同的经济价值元素,系统中见证节点的经济价值依赖这两种代币的价格,但是也可以是解耦合的。但接下去的文章里将会介绍经济利益对于Atom持有者(无论是作为验证人或是委托人)的影响。

Cosmos 网络的平衡机制

Cosmos 网络的目标是通过去枢纽区块链形成一个区块链的互联网络。没有一个单一成员能对其进行控制或发起审查。这需要形成一种平衡,让足够多的验证人在进行安全见证时获利,同时又不能使这些节点在提供服务的过程中积累太多的财富与权力(以持有Atom的数量决定)。理想化的系统将给予节点正常工作所需足够的权限但同时又不会因放权过度导致网络出现安全性问题而影响正常运行。

Cosmos使用基于权益证明(PoS)的拜占庭容错机制,在能保证在去中心化实现的同时,依旧维持系统的高效运作,原因在于Atom持有人可以选出能代表自己及整个网络利益的验证人。而系统中也设计了对于那些做出当行为的验证人的惩罚机制。

贫者愈贫,富者愈富的奇异规律

在使用权益证明(PoS)来保障去中心化的系统的信息安全时,通常会受到争议,因为一个普遍问题是,某些验证人能够迅速积累财富(权益证明的抵押代币)从而掌握整个网络的控制权。

接下去的例子将采用一个现实假设,让我们看到在Cosmos的网路中,要通过佣金大量积累Atom将要花费漫长的时间,防止节点持有Atom的集中度过高。

  • 总计2.3亿个Atom

  • 年度平均通胀(增长): 10%

  • 平均佣金比例: 10%

  • 年度总佣金产生: 230万个Atom

  • 边际利润: 50%

  • 年度节点总收益115万个 Atom (总供给量的0.5%)

让我假设一下经过10年时间,区块链中的节点可以以50%的边际利润以及10%的佣金率积累财富。同时,10年中,节点所获的财富都是以Atom来代表的。期间他们不用分红,不对投资者进行现金回报,不用通过用Atom换取普通货币的形式来对冲资产负债表,不用使用atom进行再投资或是跨链出售Atom。这样经过计算,这些节点所能获得的代币也仅占了整体代币供应的5%。任何验证人要宣称自己可以短期内迅速积累Atom是不可能的。

让我们来假设一下Cosmos中存在一个持有大量Atom的账户的情景

  • 年度平均通胀(增长): 10%

  • 大户的Atom 持有量:1,000,000个

  • 验证人成本: 年均300,000 美元

假设验证人获得的佣金成本为平均20%。如果大户选择了一个验证人作为其代表,并且愿意支付每年1,000,000 Atom*10%(inflation)*20%(commission) = 20,000 Atom的服务成本。并且大户希望Atom的价格超过15美元,那对于这个大户更理性的做法是去成为一个验证人而非让他人作自己的代表。

随着”富者愈富”规律被打破,我们可以将更多的精力集中到区块链安全机制的制定以及怎样用经济收益来激励网络中分散的验证人,以确保形成一个去中心化的网络系统。

区块链的安全

区块链网络的安全与它的攻击成本有直接的关系。同时,攻击成本与网络中对基础安全设施建设的投入成正比。

让我们以比特币为例。目前,比特币的市值在$1500亿左右。目前的区块奖励大致等于6%的通胀率,也就是说,矿工们一年可以在手续费之外,赚取$90亿左右的区块奖励。矿工的收益会随着网络价值的升高而升高。代币价值的升高意味着挖矿的收益也会提高,所以会有更多的资金被投入到挖矿设备中。这样一来就提高了网络的安全,但是竞争也会降低收益。

这是一种正向激励的机制,因为只要比特币的价格越高,网络的安全也就越高。也就是说系统的价值越高时,对系统进行攻击的利润也就越高。所以只有提高挖矿的花费激励才能提高网络攻击的成本。这也是比特币的经济激励设计的原因。

那么基于权益证明的网络是怎样的呢?攻击者可以通过购买大量的权益抵押代币,然后在同一个高度提交不同的区块,导致区块链分叉。幸运的是,想要实现这种攻击的成本是巨大的。如果攻击者想要在市场上大量购买代币,这就必然推高代币的价格。若想要购买总量2/3的代币,这种行为可能将推高代币十倍的价格。这也就意味着攻击的成本会很高。另外,如果这个攻击被执行了,会出现一次硬分叉Hard fork。分叉将罚没作恶人的代币,最终所有的资金都被打水漂。这种机制很强大,这也意味着不会出现这样一种攻击。在Cosmos网络中,这种事件的概率会更小,因为大部分Atom会被用作抵押,所以在市场上流通的Atom很可能不够形成一次攻击。

但是,这并不意味着不会有攻击的危险!Cosmos网络中的验证人要持续通过签名参与到共识中,这也就意味着他们的私钥会一直存在在服务器上。私钥不能与外界隔离。如果黑客攻入了验证人的服务器,那么他们就可以控制整个网络。在这种情况下,抵押代币被罚没仍可能出现,但是这造成的损失是被攻击的验证人和委托人的。

所以,我们认为对Cosmos网络的攻击更有可能是通过对验证人节点的服务器的安全攻击来实现的。所以Cosmos网络的安全与验证人节点的网络基础的牢固程度紧密相关。基础设施包括使用HSM,数据中心,哨兵节点架构,雇佣安全专家,保证相关密钥文件,进行相关的安全审计,在节点上安装攻击检测系统等等。根据 Validator Working Group的事件经验,构建这样一种安全的系统的成本在 $10,000 到 $2,000,000之间。

作为一个网络,我们希望验证人可以随着网络价值的不断增大而投入更多的资金到网络安全的升级维护中。例如,在网络刚启动的时候,每个验证人运用公司中可能存在几个财产管理的关键人物。随着验证人控制的Atom金额的增大,比如大于$100,000,000,这种风险是无法容忍的。类似Xapo, Coinbase或其他交易所会构建一个缜密的系统来抵御内部和外部的攻击。随着验证人影响力的扩大,它也需要构建这样的系统。随着网络影响力的增大,运行一个验证人节点的难度和成本也会不断提高。这也增大了攻击的成本,对网络的安全是正面的影响。

如果验证人收取佣金会带来哪些改变呢?让我们假设有一个验证人VCorp:

  • 抵押的Atom数量: 5,000,000

  • 佣金比率: 15%

  • Atom通胀比例: 10%

  • Atom价格: US$5

VCorp的资产价格为US$25,000,000,它的收入预计为5,000,000*10%*15% = 75,000 Atom,价值US$375,000。如果Atom的价格升到$50, 那么VCorp的总资产将达到US$250,000,000。保护这么多资产的责任重大,但是同时收入也会很高US$3,750,000。公司可以利用这些收入来升级安全系统。

因此,我们认为随着Atom的升值,有竞争力的验证人会将很多收入投入到日常安全维护中。

如果维护验证人节点安全的成本不是随着网络的市值而线性上升,那么我们会看到验证人之间为了竞争而把佣金比率逐渐下调。

Cosmos 网络中验证人的激励

现在我们详细讨论一下Cosmos网络中验证人的经济激励。在Cosmos网络上线的时候,我们设计网络中最多会有100个验证人。在接下来额十年中,验证人的数量会增加到300个。经济机制的设置应该是能够让100个验证人从运营一个节点中获利。也就是说,比起单纯将Atom委托给验证人,运营一个验证人节点在除去运维费用后的获利将更多。如果不能得到这个平衡,必将导致验证人的权利中心化。例如,只有最好的/最受欢迎的验证人才能通过参与到共识中获利;验证人可能会为获利而部署非最优的安全设施。在接下来的讨论中,我们把安全的运营一个验证人的成本认为是运行一个验证人的成本。这个成本也会与验证人资产的额度正相关。

这个均衡设计的假设是那些理想的验证人都是十分专业的。仅仅拥有很多Atom是不够资格成为一个验证人的。Cosmos网络将会对未来加密货币的生态产生重要的影响。所以Cosmos的协议将对安全又最严格的要求,尤其是Cosmos将会是第一个大规模运行Proof-of-Stake的公链项目。

由于验证人向委托人提供了参与到PoS验证过程中的服务,所以验证人会收取一定比例的佣金,进而导致了验证人和委托人的收益有所不同。所以,在这个平衡的假设中,能力最差的验证人也应该通过佣金和其他收益保持收支平衡。

在目前的设置中,在平衡状态,一个能力比较差的验证人V可以设定佣金比例 CRv和它所受到的委托的比率SDv,同样的比率可以用在对出块奖励Photon(PP)和抵押获益Atom(AP)的收入上。这样一来就得到了:

Cosmos 验证人的经济机制:在区块链的时代桥接现有经济系统

交易手续费

只有缴纳了手续费,用户提交的交易才会被打包在区块中。因为Tendermint共识引擎可以支持很大的吞吐量,同时出块的时间间隔也很短,所以Cosmos Hub将有很大的交易处理能力。我们估计在很长一段时间内,Cosmos区块链的交易不会过多,所以用户不需要通过增加手续费来确保交易被执行。因此,对于出块人而言,添加交易的边际成本几乎为零。

就像我们从其他区块链项目观察到的一样,手续费收入只有在网络变得十分饱和的情况下才变得很重要。这也会对易用性带来不好的影响。所以根据以上的分析,我们可以认为在网络的不是很饱和的时候,通过手续费收到的佣金可以忽略不计。

把Photon看作是一种手续费代币的的缺点在于,由于将来Cosmos Hub中会接入其他的分区,会有更多的代币进入手续费白名单,因此Photon作为手续费代币的价值会被稀释。如果你想把ETH从以太坊主网的分区转移到一个去中心化的交易所,你会更愿意使用ETH支付手续费而不是换取另一种代币。

因此,随着Cosmos Hub影响力的扩大,Photon的用途在变少。但是你不能否认Photon在Cosmos上线初期的用处。

3.结 论

通过解释Cosmos网络中的基本概念,我们逐渐意识到设计正确的激励来保证系统安全的重要性。我们认为,验证人节点之间的竞争和掌控全局信息的委托人社区将帮助我们建立一个大规模的分散化网络,以达到传统中心化机构的规模。

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