我为什么选择“抄底”Algorand？

  如今的区块链远非完美。比特币在10多年前首次发布，但它仍然面临低吞吐量和高交易费用的问题。Ethereum多年来一直在推动更新，但在可扩展性方面几乎没有比特币好。这个问题的出现是由于所谓的区块链三难困境。

  在本文中，我将介绍什么是区块链三难困境，什么是Algorand，以及他们如何尝试以一种高层次的方式解决它。本文假设您对区块链和与之相关的术语有一定的基础知识。

1.区块链三难困境是什么?

  三难困境是指有三种选择，但最多同时只有两种好的可能。在区块链三难困境中，有三种选择:

  安全

  可伸缩性

  去中心化

  但我们目前只能选择其中二者，没法同时选择以上三种。

  如果没有去中心化，我们基本上仍停留在今天已经存在的系统中：排外和秘密集团——这不是真正的去中心化。

  没有安全，交易就会凭空消失。你本可以从别人那里拿到钱，然后给他们提供产品或服务，但过了一段时间，你的钱可能会因为种种原因消失。

  最后，如果没有可伸缩性，网络就会变慢并容易堵塞(还记得当加密猫蓬勃发展时Ethereum发生了什么吗?)这是不利的，因为我们想建立一个全球即时网络。

2.区块链应该做什么?

  区块链本质上有两个需求:

  使它防篡改和可追踪。这是通过单向哈希技术实现的，并将最后一个块的哈希包含在最新的块中。几乎所有的区块链都是这样做的，在这种情况下并没有太大的不同。

  产生新的块。如何选择将哪个块追加到链上?这是一个棘手的问题，不同的区块链使用不同的一致算法来确定这一点。

  解决三难问题归结于开发一种共识算法，可以同时做这三件事。

PoW共识

  PoW因中本聪(Satoshi Nakamoto)将其用作比特币的共识算法而闻名。在撰写本文时，Ethereum也(仍然)使用PoW。虽然该算法已经被证明是可靠的，因为它已经运行了10多年，但它也有相当多的问题。

  不可扩展:在PoW中，“挖矿者”需要在他们的机器上解决一个非常复杂的密码难题。这个过程是昂贵的，因为解决这个难题需要大量的计算能力和大量的电力。除了获胜的矿工之外，所有人实际上都在赔钱，因为他们只是花时间试图解决一个难题，但没有获胜。

  事实上的集中化:虽然PoW本身并不是一种集中化的共识机制，但由于成本高昂，随着时间的推移，比特币开采已经变成了事实上的集中化。在今天的世界里，采矿利用的是一架又一架的专用硬件，耗电量达数吨。在个人电脑或笔记本电脑上采矿是完全没有价值的，而且很有可能你会赔钱。由于盈利需要巨额投资，比特币的区块链主要由三个矿池控制。

  易受51%攻击:如果一个PoW链的主要矿商串通，或一个恶意行动者以某种方式能够控制网络51%的矿商哈希率，他们可以同意“假块”并控制整个链。其他49%的人是否同意他们的决定并不重要，因为多数人的共识是正确的，这使得事实上的集中点非常可怕。

  分叉和缓慢的终结:当2个或更多的矿工互相接近地解决难题时，链会分叉，因为由于传播信息的延迟，网络会看到下一个块的多个候选块。这种分支称为分叉，分叉可以存在一段时间，甚至可以通过添加新块继续延长。最终，除了一个链外，所有的分叉都会消失。这将导致事务的不确定性和延迟，因为您不能完全确定您的事务是否实际通过。对于比特币，人们建议等待6个区块，以确保你的交易是最终的，因为在添加了6个区块后，它出现在分叉链上的几率极低。但是，这可能需要一个小时，这并不好。

DPoS

  在DPoS中，社区授权一组称为“委托节点”的用户选择下一个块。该算法在EOS中得到了应用，它也有几个批评和弱点:

  DPoS基本上是集中的。当您希望网络为数百万用户运行时，选择在链的后面追加哪个块的固定的少量委托是没有意义的。长期依赖选定的代表是很危险的。

  可能停滞不前。因为只有有限数量的节点来完成所有的工作，所以攻击者可以识别它们并停止网络的运行，例如通过DDoS对委托节点进行攻击。

BPoS

  正如许多人愿意的那样，BPoS允许网络用户把一些钱放在他们无法触及的“代币”上。这给了他们一些网络上的权力，这些用户验证并向链中添加新的块。他们的想法是，如果他们恶意行事，他们就会失去抵押贷款。这有一个非常明显的缺陷:

  网络的普通用户没有足够的可支配资金来购买代币。对于恶意的参与者来说，投入大量的金钱会让他们更容易完全控制区块链。如果投资回报是数十亿甚至数万亿美元，他们也承受得起几百万美元的损失。

PPoS（Algorand）

  Algorand解决这些问题的方法是他们的PPoS算法。PPoS不要求用户抵押任何钱，只要求他们在一开始就持有代币。这并不是试图通过害怕罚款来让用户诚实，而是让“一小部分钱的欺骗变得不可能，大部分钱的欺骗变得愚蠢”。这个算法是安全的，当大部分的钱是在诚实的手中。

  在高水平上，算法分两个阶段构造一个新的块:

  在阶段1中，随机选择单个代币，并选择该代币的所有者来提议下一个块。

  在阶段2中，从网络中的所有代币中随机选择几千个代币。这些代币的所有者将被选择来组成一个阶段2委员会，该委员会将验证和批准阶段1中提议的块。由于代币是随机选择的，而不是所有者，所以一些成员可能会被选择k > 1次，并在委员会中拥有多次投票。

  如何保证安全呢?

  这个问题的答案有点哲学意味。核心假设是，在任何社会中，都有一小部分坏人。也许是1%也许是2%，如果一个人生活在一个特别危险的社会，甚至可能是10%或20%。但是，在任何社会中都不会有大多数的坏人，否则社会就不会存在。

  把算法和网络看作一个社会。让我们假设最坏的情况，并考虑网络上20%的代币属于恶意参与者。然后，1/5次，为阶段1选择的代币将由一个糟糕的参与者拥有。假设他们告诉一些用户区块是X而他们告诉另一些用户区块是Y，试图在社会上引起分歧。

  Algorand网络上的代币数量非常大，接近2²⁵⁶（根据总投票权而略有不同）。选择代币对一个区块进行投票的概率为〜2990 /2²⁵⁶。因此，对该区块进行投票的委员会的规模大约为泊松分布，平均值为2990。达成共识的阈值为2267票。由于对手持有20％的股份，因此，不良演员的预期投票数约为2990/5 = 598（实际数字基于泊松分布），而诚实选民的预期投票数约为2990 *（ 4/5）= 2239。

  如果对手能够为两个不同的值获得超过阈值的票数，从而划分链并在网络上引起分歧，那么他们将获胜。

  作为一个例子，让我们检查一下在诚实投票数正好是期望2239的平均情况下会发生什么。对手要想获胜，他们需要[(2 * 2267)-2239]/2票才能获胜-或1147.5票。由于投票数是整数，他们需要≥1148票才能获胜。然而，如上所述，投给对手的选票的期望值是598。计算的概率≥1148票，在E（X）= 598的泊松分布中，计算获得≥1148票的概率大约为（5 /10⁸⁷），这非常非常小。

  不过，这个算法最有趣的问题还有待回答，谁选择这个委员会?

如何选择使用者加入委员会

  如果我告诉你，委员会是由Algorand(公司)自己选择的，这将是一个高度集中的解决方案。

  如果我告诉你，用户互相讨论直到他们决定谁是成员，这是一个超级慢的系统，因为你如何确定你信任别人，可能永远不会导致选择。

  这就是有趣的地方，委员会成员自行选择。但是，为了属于委员会，节点在其所有帐户上运行可加密验证的“彩票”，并且如果其任何人中了彩票，则将其选为委员会的一部分。该彩票是隔离运行的，没有与网络上其他节点的通信。由于它可以通过密码验证，因此也没有人可以改变赢得彩票的机会。无论您拥有多少计算能力，都无法改变被选中的机会。

  当用户运行彩票时，有两种可能的场景:

  他们的代币没有一个中彩票，在这种情况下，他们对区块的看法就被忽略了。

  一些k≥1的代币中了彩票，在这种情况下，用户获得一张“中奖彩票”(一个简短的密码证明)来证明他们中了彩票。然后，他们将这张票连同他们对区块的看法传播到网络的其他部分。

3.回顾区块链三难选择

  安全

  假设有一个强大的恶意对手想要贿赂委员会成员并影响他们对下一个区块的投票。我们甚至可以假设，如果他们知道委员会成员是谁，他们就能做到这一点。

  但事实是，他们不知道委员会成员是谁。由于抽签是单独进行的，只有成员才能知道他们是否被选中，直到他们将自己对区块的证明和观点传播给网络的其他成员。

  一旦他们传播了自己的观点，其他节点知道委员会成员是谁，但在这一点上，已经太晚了。他们已经说了他们要说的话，他们的意见已经被广播到网络上了。没有人能保证他们什么时候会再次成为委员会成员。因此，恶意的对手现在不能做任何事来让他们闭嘴。

  所以基本上，Algorand是安全的，因为首先，对手不知道委员会的成员是谁。当他们发现的时候，已经太晚了。

  此外，由于没有人知道委员会成员最初是谁，所以他们也不能使用DDoS之类的方法攻击他们的节点。

可伸缩性

  不管用户有多少代币，只要一微秒就可以运行“彩票”。另外，由于所有彩票都是彼此独立运行的，所以节点不需要等待其他节点先完成某件事。这可以在所有节点上并发发生。

  一旦选择，成员传播一个单一的短消息到网络的其余部分。因此，无论网络上有多少用户，只需在网络上传播几千条消息。这是高度可扩展的。

去中心化

  有不少用户决定下一个块是什么，也没有一个固定的委员会每次都做这个决定。委员会是随机而安全地选择的，并且根本不需要太多的计算能力。这使得网络上的每个人都有机会成为委员会的一员，并在下一个区块进行投票。