技術干貨|PoS中的礦工 了解一下_區塊鏈

第六章PoS中的礦工

礦工，俗稱挖礦的人，這個名字起的非常有暗示性。人類有很多貴重金屬都是從地底下挖出來的，其中黃金還成為過人類共同認同的貨幣，挖黃金的人統稱為礦工，這個概念沿用到了比特幣里，但比特幣里面的礦工挖的是比特幣，所以中本聰是把礦工挖比特幣比喻成了礦工挖黃金，實際上，比特幣的確和黃金有著很多相似的設定，總量有限，越挖會越少；比特幣也希望像黃金一樣，成為人類共同認同的虛擬貨幣。

礦工這個角色在比特幣時代里被廣泛傳播開來，后在區塊鏈時代開始有多種版本的叫法，比如鑄幣人，鍛造人，驗證人，面包師，背書人等等，雖然稱呼改變了，但是實際的角色職責并沒發生太大變化。其改變可以理解為項目的差異化需求而已，以下我們統一稱為礦工。

比特幣10年，發展的越來越像黃金，美元不再和黃金掛鉤后，黃金從貨幣的位置逐漸演變成出了儲值的功能，而且在支付的道路上越走越遠。而比特幣，還沒成為過支付，就已經開始走向了儲值。這其中，礦工的角色扮演了非常重要的作用。

礦工挖比特幣同挖黃金的目的一樣，都是為了獲得利益。但在不同的系統中，他們的職責可不一樣。黃金里面的礦工，拿著鋤頭去洞里鑿就可以了，而比特幣的系統里面，礦工需要給系統提供計算力，同時還需要維護整個網路的穩定。黃金里，沒有礦工挖掘仍然以物理的形式存在，而比特幣沒了礦工，就什么都不存在了。所以，礦工是去中心化網絡里面必不可或缺的角色之一。

而隨著區塊鏈的發展，不同共識里面的礦工開始演化出新的權職。如PoW共識里面的礦工，如同比特幣中礦工，礦工運行著系統編寫好的軟件，提供計算能力給系統，為系統工作，以此來獲得獎勵。PoS共識中的礦工，算力不再是最重要的需求，只需要一定的計算力，在合適的時間完成工作就可以獲得獎勵。

經濟日報：深化運用區塊鏈等技術構建“大云牽小云”體系:經濟日報今日刊文稱，要深化運用大數據、云計算、區塊鏈等信息技術，構建“1+N”的“大云牽小云”體系，建好管理云、延伸服務鏈，拓展大數據在公共安全、智慧城管、智能交通等領域應用示范，加快構建社區智慧治理新模式。[2020/10/6]

PoS的共識算法，對礦工的依賴同PoW相比，有過之而不及。除了創造新的區塊外，POS中的礦工還會參與到Stake，驗證，鏈上治理等中來，另外，和PoW礦工最大的不同點就是，PoS礦工不再需要一臺高性能的礦機來和其他人競爭挖礦的權利了，與之對應的是，PoS礦工只需要運行一臺足以滿足系統最低配置的服務器，并且在系統被應用越廣的時候，及時升級服務器配置，即可以完成PoS中對礦工的要求。

系統硬件要求降低，并不意味這PoS對礦工的要求降低。2016年到2019年發展的PoS項目里面，對于PoS礦工的軟性要求越來越高。比如要求7x24小時在線，不能隨意分叉系統，參與所有的治理，代表委托人的權益，提供足夠多的工具，監控運行數據，即時升級最新版軟件等等，更有項目要求運行團隊為公司，以保證該礦工能符合要求。

所以我們會看到PoS礦工之間，經常有各種會，討論升級，配置，參與討論、治理和投票等。

資格

PoS項目中的礦工資格，最基本的標準是持幣。然后在持幣量的基礎上，各個項目的要求都有不同，以下列舉目前項目中的一些條件

持幣量需要10000個，或者占總量0.1%

Staking量在前100，包括自持有量和委托量

幣被鎖倉200000個，鎖倉時間1個月/半年/1年

聲音 | 工行原行長：區塊鏈等技術不斷成熟和使用，銀行與客戶的關系正發生重大變化:12月1日，中國銀保監會國際咨詢委員會委員、中國工商銀行原行長楊凱生在2019年第一財經金融科技峰會上表示，隨著科技進步，互聯網、大數據、云計算、區塊鏈技術不斷成熟和使用，銀行與客戶的關系正發生重大變化，銀行信貸業務已不再僅靠銀行自身就能做好。（第一財經）[2019/12/2]

節點服務器配置最低要求

軟實力，社區名望，技術實力，7x24小時維護

其中各個網絡對于持幣量是必選項。持幣量達到一定門檻是為了從某種程度上實現性能提升，而鎖倉是為了讓沒有Bond-Slash的系統達到一定的安全，而委托量的要求則是為了讓大量無法參與網絡驗證的持幣人參與網絡維護。軟實力比較虛，主要體現在社區中的表現情況，給大家的第一印象吧。

滿足以上資格，那么就可以進入下一步的節點配置了。

配置

一般系統對礦工的配置都不會很高，除非是運用拜占庭容錯混合算法的項目或是趨向于聯盟的項目。但是對于一個隨意進入的區塊鏈項目，一般的重點配置參數如下：

處理器2核/4核

內存4G

帶寬5Gbit

硬盤200G及以上

其中，帶寬要求要稍微高一點，因為一些區塊鏈項目要求節點要長期在線，帶寬高是為了和各個節點之間的通信保持正常。硬盤，是需要動態擴充的，隨著區塊數據的增多，出塊節點需要保存完整的區塊數據，所以硬盤容量不足時，需要及時擴充硬盤。

如果運行的節點對外暴露了RPC服務，對應的參數配置需要依據RPC服務的調用情況來決定。

馬化騰：騰訊將運用區塊鏈技術實現電子處方不被篡改:2018中國“互聯網+”數字經濟峰會在重慶舉行，區塊鏈技術成為參會各方關注的一大熱點話題。騰訊公司董事會主席兼首席執行官馬化騰表示，騰訊區塊鏈將落地醫療領域，目前已經和廣西柳州合作，借力騰訊區塊鏈技術實現電子處方不被篡改。[2018/4/13]

當然，項目初期和已經發展較為強大的項目需要的配置還不一樣，后者配置需要還會更高一些，比如以太坊項目的參數配置如下

處理器：2核

內存：最小4GB內存，如果你使用HDD而不是SSD，則至少8GB

帶寬：8MBit/sec

固態硬盤：>80GB

而以太坊推薦的配置應該是

處理器：4核及以上

內存：最小16GB內存

帶寬：25MBit/sec

固態硬盤：>500GB

服務器配置有兩種方式可以選擇

自建服務器--自己購買硬件服務器，連接電、網，運行服務

云服務器--購買現成的云服務器，動態配置參數，運行服務

云服務器的優點在于靈活，且成本低，大部分項目的礦工都采用的是云服務器。而自建服務器的成本短時間較高，而且需要7x24小時不斷電，不斷網，對環境要求較高，好處是一些服務支持可以直接DIY。目前，大部分節點還是搭在云服務器上，如亞馬遜的AWS，Google的云服務，阿里的云服務等，這點為去中心化社區所詬病已久，因為所有的去中心化網絡的節點服務仍然是搭建在世界的IT巨頭手里，社區曾有人想象，如果想摧毀所有的區塊鏈項目，那么摧毀亞馬遜和Google就可以了。

硅谷奇點大學的教員：區塊鏈技術使非洲國家從根本上促進發展落后的問題:硅谷奇點大學的教員Anne Connelly在“區塊鏈如何讓世界變得美好”的主題討論會上，對區塊鏈在人道主義援助以對對災后重建的重要應用發表了看法。Anne Connelly表示在非洲等貧窮國家，貧窮使得當地人民很難穩定的獲取食物，而銀行這種場所更是非常罕見。她一直在思考如何讓人道主義救助能夠更加高效地落實在最需要的人身上，利用區塊鏈技術，聯合國能夠以更加高效的方式調配援助物資。此外，區塊鏈技術使得部分非洲國家的資金得以調動，從而根本上促進發展落后的問題。[2018/3/17]

升級

節點運行的程序需要保持在正常的版本，要不然無法正常出塊。很多更新是不會做舊版兼容的，所以需要節點及時的關注，節點運行的程序和其實和我們使用的APP一樣，程序為了修復問題，增加新功能，會做更新，維護節點程序的團隊會在合適的時機發布軟件更新，但是這種更新不會像手機APP一樣，向你發更新推送。這個過程需要節點自己來發現，關注社區，或者自己做監控。

網絡中，運行不同版本的節點程序可能會導致網絡分叉，在比特幣和以太坊上都發生過此類事情。像Bitcoincash比特現金幣的分叉事件，其結果都是礦工運行了不同版本的節點軟件。

舉一個簡單的例子，比特幣的共識當中，沒有機制來保證不分叉，只承認工作量最長的那條鏈。當網絡中出現多個版本的程序時，意味著礦工之間出現了分歧。該分歧下，不同版本出來的塊不兼容，礦工之間有權利拒絕將該塊下載到本地中。那么比特幣中就出現了多條分叉，而比特幣會根據工作量來選擇哪條鏈是最終鏈，沒有得到大量算力支持的，會選擇自立門戶，來支持小算力的分叉鏈。

美國知名戶外運動服裝品牌宣布與科技公司合作探索區塊鏈技術:美國知名戶外運動服裝品牌L.L.Bean宣布與科技公司Loomia合作探索區塊鏈技術，L.L. Bean將研究實施LOOMIA Electronic Layer從服裝收集數據，包括溫度，運動和磨損頻率等信息。一旦收集到這些數據，消費者將能夠通過一個允許安全和匿名傳輸數據的區塊鏈組件LOOMIA TILE與品牌共享相關信息。[2017/12/22]

PoS中，由于涉及機制的不同，分叉變得不再容易，意味著企圖通過運行不同版本的軟件來完成分叉變得不可能，但是，PoS是允許礦工之間運行不同版本的程序的。除非是硬分叉，節點程序不兼容。同時，后來的PoS共識設計當中，都會檢測節點版本的功能，當不兼容出現時，低版本的程序會被強制踢出選舉隊列，相當于不能參與選舉出塊了。

Tezos主網上線一段時間，發生了粉塵攻擊，因為創建賬號和發送交易不消耗成本，導致攻擊者發送了無數多條小額交易，讓整個網絡"癱瘓"了一段時間。后Tezos開發團隊緊急設置了手續費，并發布了更新，很多節點第一時間更新了版本，但是仍然有一部分節點滯后，導致小額交易仍然繼續發生，通過社交網絡讓大部分的節點都進行更新的效果并不好，后來通過一次強制升級，不對前面兼容的協議，讓不升級節點不能獲得出塊權利，這才讓大量節點進行了升級，攻擊者才停止了攻擊。

雖然PoS網絡允許運行不同版本的程序，但是對于一個健康的區塊鏈網絡來說，所有節點還是及時更新版本為好，畢竟在網絡初期，很多更新都是為了安全，而不是像現在的app一樣，更新知識帶來了一些好看但不中用的功能。

硬件錢包

礦工出塊的過程中，需要用到私鑰簽名，以證明你是這個塊的出塊人。這個私鑰存儲在服務器中，節點程序會在需要的時候調用私鑰并讓其簽名，但是節點服務器是暴露在網絡當中的，一旦服務器被攻擊，私鑰有丟失的風險。

一般程序會對私鑰進行加密后存儲起來，并且盡可能少的調用私鑰，就算調用私鑰也是調用加密后的私鑰，以防止服務器被攻擊而丟掉私鑰的情況。如在Tezos項目中，將節點聲明為礦工時，需要輸入15個助記詞，并且用一個密碼將其加密后再會存儲到服務器當中，這樣，即使被攻擊，攻擊者拿到的也是加密后的私鑰，沒有密碼的情況下，私鑰是解不出來的。

當然，這依賴于項目方撰寫的服務器程序，如果項目方并有為礦工考慮這個加密，那么礦工需要自己來處理這個事情。現在最典型的做法就是使用硬件錢包對外輸出簽名。硬件錢包有很多品牌，目前比較知名的有Ledger，Trezor等，硬件錢包用戶來存儲用戶私鑰，簽名的過程私鑰并不接觸網絡，而是將私鑰簽名后的結果直接輸出，這樣可以保證私鑰的安全性。

礦工使用硬件錢包用來簽名，相當于給自己的資產加了一層保險，只要硬件錢包不丟失，一般情況是非常安全的。但是硬件錢包不好的一點就是，并不是所有的項目都支持硬件錢包的簽名，參與PoS項目時，需要看看硬件錢包和項目方互相的支持程度，才可以決定是否可以使用硬件錢包來參與出塊簽名。還有一點就是主流的硬件錢包Ledger還是有線的，說明這個硬件錢包得保持插在電腦上，不能取下來，這點來說還是挺不便利的。

一個有趣的比喻，硬件錢包很想我們現在所有銀行的U盾，或者說像很早時期的U盤，但是互聯網發展到今天，U盾，U盤已經變得不太被需要，移動錢包的安全性逐漸變得被接受，云空間的使用也逐漸使得U盤變得不再必須，所以有可能，硬件錢包極有可能是一種過渡產物。終極態不好確定，但是我目前能看到的是當加密貨幣變成主流后，也許主流手機廠商會在手機存儲當中單獨留一塊存儲空間給私鑰，就像三星最近出的手機S10。

問題

運行節點需要維護好服務器，這對一個團隊來說是很重要的，因為一旦維護團隊沒有人和維護經驗，那么碰到問題時沒有及時解決的話，后果將會是極其糟糕的，我列舉以下幾個問題，我們來看看礦工會碰到的問題

防止雙簽：指不能在同一個高度簽署不同個塊，雙簽會被系統Slash或者剝奪出塊權利

時刻在線：7x24小時維護網絡，斷線斷網都不可以，嚴格的系統會剝奪該節點的出塊權利，設置是Slash

節點升級：指節點需要及時升級運行版本，以提升系統安全性

配置升級：指節點需要及時監控網絡升級后對服務器的需求，特別是及時提高硬盤容量

DDos攻擊：指節點需要有足夠的能力/架構防止網絡中發起的DDos攻擊

私鑰存儲架構：指節點需要專門的架構/程序來保證節點的私鑰不會丟失

參與治理：指礦工需要及時參與到項目的治理生態，進行投票

服務器運維是件麻煩的事情，如果沒有經驗進來后，需要承擔一定的風險，特別是雙簽的Slash或者是被攻擊后丟掉私鑰的風險，后果極其糟糕。

礦工的未來發展

礦工將會是去中心化網絡中不可或缺的角色之一，在可預見的未來，我覺得會有兩個趨勢

驗證設備的簡單化

礦工群體的專業化

首先，參與區塊生成的機器配置會變得越來越低，從專業的服務器到電腦，甚至到手機。5G時代的到來，我們會看到越來越多的電器開始聯網，你的家具，你的車，都可以成為你運行節點程序的機器，屆時隨時隨地參與到區塊鏈變得可能，同時，個體持幣人Stake參與率也會增高，整個區塊鏈世界更加的去中心化。

其次，大礦工群體會越來越傾向于專業化。因為有了委托權益的存在，更專業的礦工會接受到越來越多的委托，礦工有了專業性，維護整個區塊鏈的同時，也可以更好的服務好整個所有委托用戶。專業的礦工負責7x24小時的工作，同時會合理的分配獎勵，委托用戶因為得到好的服務，也更愿意參與到區塊鏈中來。

兩個趨勢看似矛盾，但實際上會共同發展，最終達到的結果就是專業做大，個體便利。個體礦工會因為便利而存在，但是利益不足以支撐足夠的成本，而做大的礦工會讓整個模型收益，規模化的“生產”會降低成本，使得整個系統被更好的維護。

有人會詬病礦工做大后的去中心化問題，我覺得只要存在個體自由參與的便利性存在，整個網絡就可以形成足夠的去中心化，相反，專業化的礦工給整個網絡帶來的安全性會大于去中心化的需要，而使整個系統收益。所以在可預見的未來里面，專業的礦工會成批出現，然后和個體礦工達到一個平衡。

PoS中的礦工，其實很大一部分都是持幣人，持幣人為系統做功，系統為其付傭金，和PoW相似，但不完全相同。PoS礦工所做的工作，整個過程就像一個公司，月底給員工發工資，同時，為了讓公司發展的更好，對好員工會有激勵，對壞行為會有懲罰。礦工如公司職員，大體是這么一個角色。

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