如何保证区块链网络达成正确的共识

Wanchain理论研发团队发布了PoS共识方案——星系共识（Galaxy Consensus），这是Wanchain理论与工程团队长期研究探索的智慧成果，标志着Wanchain由PoW向PoS全面升级（2019年第四季度）迈出实质性一步。

星系共识的提出有着极其重要的意义：首先，相比工作量证明PoW依赖于高能耗，PoS采用更加高效的数学方法完成共识；此外，通过逐步开放共识节点，Wanchain正式开启完全去中心化的进程，这次共识机制的升级转换将极大提高Wanchain网络的交易吞吐量TPS和安全性能。Wanchain拥有覆盖全球的专业研发团队，星系共识的POC概念原型在不同条件参数设置下经历了严谨的测试，并计划于今年第二季度发布Alpha测试版。交易吞吐量TPS目前正处于紧锣密鼓的测试阶段，Wanchain团队会在Alpha版公布更多细节。

什么是共识（Consensus）？

共识是指分布式网络中节点对某一事实达成一致意见的过程。例如，比特币的共识就是指依据其规则和流程，网络中的节点对共享的交易记账结果达成一致意见。共识机制通过自我管理确保形成全网认可的唯一链条或账本以供使用，它激励参与者打包正确的区块，避免恶意成员控制或替换账本数据。

如何保证区块链网络达成正确的共识？

不同共识机制使用不同的方法保障共识结果的正确性，避免链上恶意节点裹胁正常节点确认不合法交易。比特币的共识机制采用工作量证明（PoW）来确保网络的安全，Wanchain、Tezos等其他一些公链系统则采用权益证明（PoS）来保障网络安全。

PoW如何保护区块链网络的安全？

在比特币设计的PoW共识机制中，矿工节点通过解决一个需要大量算力的数学难题来将交易打包成合法区块，这就是PoW中工作量的由来。对于矿工来说，形成一个合法区块是十分困难的，他们彼此竞争以争夺出块权。当矿工在共识规则要求下产生了合法区块，经过网络验证和确认后，该矿工便能获得一定量的比特币奖励，以表示对他工作量的肯定。因为矿工需要耗费大量的算力和电力来完成出块，而不合法区块将不会得到确认和奖励，只会浪费矿工的资源，因此矿工只会打包合法交易，杜绝不合法交易上链。

PoS如何确保区块链网络安全？

与PoW一样，PoS的目标同样是为了保障对一系列合法交易完成验证和确认，防止不合法交易被接受上链。PoW通过算力确保网络安全，而PoS则是通过纯粹的经济激励方式。在PoS共识机制中，节点通过质押一定数量的代币（比如在星系共识中质押WAN币）参与共识。在比特币PoW共识机制中，任何工作节点都可以收集交易、产生区块，而在PoS共识机制中，只有持有一定量权益的节点可以产生区块，这些PoS节点通过类似抽奖的方式决定谁来产生区块并获得奖励。如果某一节点违反了共识规则，例如试图将不合法的交易打包上链，那么该节点将自动受到惩罚。

为什么选择PoS？

正如前面所说，PoW需要大量算力的同时耗费大量的能源。一方面，运行PoW就需要购买昂贵的硬件设施以保证巨大的算力，这些硬件设施又会很快的更新换代而被淘汰，这就导致了大量的浪费和开销；另一方面，算力硬件的运行需要大量的能源支撑，这些来自不可再生资源的消耗将对全球污染产生严重影响。这些都不是我们想要的，所以设计出PoS共识机制。

星系共识（Galaxy Consensus）

星系共识借鉴了已有的优秀PoS共识方案，如Ouroboros，并对多个关键密码学组件进行创新设计。星系共识中，所有权益持有者（Stakeholder）共同组成了社区（Community），社区中的每一名成员都有机会参与共识并获得奖励，获得奖励的几率随WAN币的质押数量和锁定时间的提升而提高，而对加入社区的条件，我们设置了WAN币最低质押数量的门槛。同时，对可以接受委托的参与者即代理节点，我们提高了其WAN币质押数量的门槛。以上具体数值设置我们将择日对外公布。

星系中的时间单位：Epoch和Slot

星系中的时间划分为一系列的时间段，每个时间段称之为1个Epoch。1个Epoch大致相当于1到2天。1个 Epoch又划分为一系列的子时间段，每个子时间段称之为1个Slot。Slot是星系共识中最基本的单位出块时间，即每个Slot至多可产生1个区块。

参与者中的两大角色：Epoch Leader和Random Number Proposer

每个Epoch内，社区Community中将选出两组成员，即Epoch Leader组和Random Number Proposer组，Epoch Leader组负责产生区块，Random Number Proposer组负责生成随机数以供协议进行随机选择时使用。两组成员基于其在Community内部持有的权益权重进行随机选择，一旦选定，在一个完整epoch内，成员保持不变。

出块者（Slot Leader）选举过程

每个Slot内，在EpochLeader组中等概率选出一名出块者（这里的选择不再受权益权重等因素影响），即Slot Leader。选择过程基于Random Number Proposer组产生的随机数（也用于Epoch中两个分组成员的选择）进行。被选出的Slot Leader产生区块并被确认后，将收到一定量的WAN作为奖励，同时，区块奖励的一部分将被分给Random Number Proposer组成员，以激励和肯定他们的工作。

星系委托机制（Galaxy Delegation Mechanism）

星系共识设计了全新的委托机制，允许持有少量WAN的用户参与共识，这些委托用户将自身持有的WAN通过智能合约委托给代理节点，代理节点参与共识过程，获得的奖励将由智能合约依照其贡献的权益比例自动进行分配并返还给委托者。

委托费率

每个代理节点可自主设置委托费率，费率信息将在链上公布，所有用户可在这些代理节点中自由选择进行共识委托。委托费率通用这种市场竞争机制进行自我调节，从而动态维持在相对稳定合理的范围。

PoS合作伙伴

知名机构Staked目前已与Wanchain达成合作意向。Staked面向投资人，为一系列知名PoS协议提供安全可靠的质押服务基础设施。Galaxy星系共识主网上线后，Staked将向Wanchain用户提供质押服务。