DPOS-( 代理权益证明）

DPOS全称是Delegated Proof of Stake，中文翻译过来是代理权益证明。

DPoS详解

简单来理解，DPoS共识算法就是将PoS共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子，而不是所有人都可以参与记账，这个圈子可能是21个节点，也有可能是101个节点，这一点取决于设计，只有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将极大地提高系统的吞吐量，因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。

1.DPoS共识的目标

从名称上，我们也可以判断出DPoS与PoS共识是直接关联的。DPoS算法是根据当时PoW、PoS的不足而改进的共识算法，它的目的就是为了提高性能，也就是交易确认时间短。

在PoS共识中，人们使用财产证明来“挖矿”，也就是说，这是任何人都可以参与的，只要你持有币，你就可以参与挖矿。

但是我们可以看出，PoS并没有解决性能问题，在这里我们直接认为提高性能就是提高TPS，我们可以构造一个等式，：

　　TPS = transactions / block_time

TPS表示区块链每秒能确认的交易数， transactions 是由区块大小block_size和平均每笔交易大小决定的，而区块大小受全网网络状态network_bandwidth 限制，也是由记账节点之间物理带宽witness_performance决定的。

记账节点的个数witness_count直接决定了物理带宽的上限，因为记账节点数量越多，则对物理带宽要求越高，对网络的稳定性要求也越高。

要注意的一点是在DPoS中，记账节点不叫做矿工，而是改称为见证人，Witness。

所以这个公式变成了下面的样子。

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我们可以看到，要提高TPS，可以提升分子项，降低分母项，也就是增大区块大小block_size、提升记账节点网络带宽network_bandwidth、提升记账节点处理性能witness_performance，减小区块时间block_time、减小记账节点数量witness_count。

分子项我们可以看到，它基本受限于物理资源的上限，目前工业水平制造的物理资源的使用上限基本就是整个项的上限了，所以可操作性不大。

而分母项是由共识算法决定的，所以我们从区块时间，以及记账节点数入手，DPoS算法便正是从这两项着手的。

首先改动的便是限制记账节点的数量，也就是见证人的数量。

我们在PoW和PoS中可以看到，成为记账节点是无需门槛的，你可以随时参与挖矿，随时退出。

那这会带来什么问题呢，首先无法确定记账节点的数量，其次无法确定记账节点之间的网络环境，记账节点数越多网络环境越复杂，这些不确定性会增大网络分区的概率，从而导致区块链分叉。

如果我们事先规定好记账节点的数量，接着让全网所有节点可以投票决定哪些节点可以成为记账节点，这样就限制并减小了分母项witness_count，这个过程我们也称作投票选举。

因为记账节点数量不多，那么我们可以在共识算法中可以规定出块时间为一个固定值，这个值可以很小，通过轮流出块的方式来进行记账。

以上思路基本就是DPoS的基本设计思路

两个原则：

投票选举过程一定要保证最大权益所有者最终能控制全网，因为一旦出了问题，他们的损失最大；

与PoW、PoS一样，所有节点仅承认“最长”链。 　　这两个原则确立了DPoS共识的基本特性，第一条放大了PoS共识使用者就是记账者的优点，第二点则规定了分叉时系统应该表现的行为。

工作机制

跟PoS不同的是，持有少数股份（权益）的节点也能行使他们的共识权了，只不过是以一种间接的方式。类似于股东代表大会，每当要决策公司大事（记什么账，谁来记账）的时候，全体股民（节点）依法行使投票权，选出自己心中的股东代表（可信账户），谁得票高谁当选。候选人可以去公开演讲拉票，获得足够多股民（节点）的信任，然后股东代表（被选中的可信节点）代表股民决策公司大事，股东代表的人数由系统决定，比如Bitshares为101个、Asch为51个，EOS为21个。

与生活中的股东代表选举不同： 1）DPoS机制中的股民（节点）根据自己持有的加密货币数量占总量的百分比（占股比例）来投票，不是一人一票； 2）选举出的股东代表（可信节点）完全对等，可理解为具有同等算力的101个矿池； 3）股东代表一旦无能、不作为、胡作为（提供的算力不稳定，计算机宕机、或者试图利用手中的权力作恶），将立刻被股民踢出整个系统，然后由其他后备代表顶上去； 4）决策完公司大事（记完账、出完块）有钱分，根据占股比例。DPoS的工作流程如下图所示：

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EOS的DPoS分为两个步骤： 1）选举块生产者（Block Producter，简称BP）； 2）出块共识；

选举块生产者：任何持有Token的人都可以成为块生产者，都拥有投票权。每次投票前，候选BP可以给自己拉票（线下方式），每次投票超过50%代表有效，然后生成一个BP候选池，每次从BP候选池中选择排名靠前的21个节点作为BP，并对选出的21个BP随机排序。

出块共识：21个BP按照随机排序进行出块，在每轮出块共识的过程中，BP如果不出块或者出现恶意行为，将被其他节点举报并接受惩罚（剥夺出块的权利），然后从候选池中再选择一个BP加入，一个BP出块成功，并且经过至少（2/3 + 1）个BP确认（至少15个），出块BP获取相应的奖励，然后轮流至下一个BP出块，如果轮询了10次或者一天，将重新进行投票选举。

2. DPoS的优缺点

对于EOS的DPoS优点：1）记账节点减少，交易速度更快，EOS号称可达百万TPS； 2）更加安全，一般不不会发生链分叉并不可逆，确保最终一致性； 3）相对PoW，解决了资源消耗问题；

基于DPoS的设计，其优点也成为了自己的缺点，这也是为什么V神怒怼DPoS的原因。

首先DPoS通过选举少数的BP来出块记账，确实从网络传输和确认时间上看，性能大幅提升，但是少量的BP数量牺牲了部分去中心化。有人说这些被选举的BP代表着“民意”，相比PoW的5大矿场和PoS的富人玩家，DPoS更加民主，更加去中心化，但是DPoS机制的设计并不能保证一定有足额的真实的区块生产者，因为一个人或一个实体，可能控制着多个节点。比如LBTC，就一度出现半数节点被鱼池一家控制。EOS在启动过程中，也疑似出现一个人虚拟出7个节点的事。 其次，在真实的网络环境中，EOS实际的运行效率远没有吹的那么厉害，同时超级节点的治理全力和经济利益过于集中，如果他们串通，将进一步形成巨头龙垄断，这和区块链思想南辕北辙。 再次，对于坏节点的处理存在诸多困难。社区选举不能及时有效的阻止一些破坏节点的出现，给网络造成安全隐患，同时在网络节点数量少的场景，选举的BP代表性不强。

2.DPoS共识算法分析

在DPoS共识算法中，区块链的正常运转依赖于见证人(Delegates)，见证人是由全网节点投票产生的，见证人也是记账节点的实际控制人，相当于咱们选课代表，课代表帮我们整理作业。

见证人在完成打包交易的同时可以领取区块奖励和交易的手续费，并且可以执行社区投票的提案，所以DPoS共识算法不仅仅是算法，而是一个包含了协作治理关系的共识机制。

我们可以引用“DPoS算法白皮书”中的内容，来看看BM设计DPoS算法是怎样的思路。

BM认为所有区块链实际是建立交易之上的确定性状态机。共识是在确定交易顺序，过滤无效交易的一个达成一致意见的流程。

DPoS为了尽快确定交易顺序，过滤无效交易，所以规定了在正常情况下，所有记账节点轮流每3秒产生一个区块，轮到了某个记账节点出块时，必须在2秒内提交区块，否则就会错块。

假设一直没有记账节点错过自己顺序，那么他们生产的链条势必是最长的链条，如果记账节点在非指定时间生产区块被认为是无效的，每经过一轮，所有节点轮流出块的顺序就会发生重新洗牌。

下图就是一个理想的轮流记账状态。

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（图来自白皮书）

DPoS算法白皮书介绍了7种异常的情况会打破上面的正常情况。

例如少数记账节点发起恶意分叉或者发生故障，如下图。

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（图来自白皮书）

在这种情形下，B节点只能在9秒内生产1个块，而大多数分支，由于数量多一倍，将预期能在9秒内生产2个块，诚实的2/3的大多数可以比小的那一部分创建一个更长的链条，由于原则二，DPoS可以抵御这种攻击。

在DPoS白皮书中介绍了少数记账节点恶意或故障造成的分叉、网络分区情况下重复出块、少数记账节点重复出块、记账节点数量不足、多数记账节点的联合腐败等各种情况。

在实际应用中，比特股中见证人是101人，EOS里是21人。比特股中见证人们赚取手续费，EOS里见证人们分享EOS的通胀收益。他们都是通过公开选举选出来的，选票就是大家手里的比特股或EOS。

3.有关DPoS的一个争论：中心化问题。

我们之前文章中提过的FLP和CAP定理，如果为了提升性能，即一致性的效率，势必会牺牲其他两项。这也会引出有关DPoS的一个争论：中心化问题。

我们以比特股社区为例，每个人都可以尝试成为101个见证人节点中的一个，他们可以在社区里拉票，为社区做事，或者干脆用钱买很多bts。平时大家象征性地开个会，因为是轮流记账，各个节点之间竞争不大。

但是不要忘记，区块链的发展非常依靠社区，这种方式势必会带来社区的中心化。虽然比特股中101个见证人负责记账，但总得有人指定发展方针，于是又设计出了11人理事会，这同样是通过选票选出来的。

11人理事会有很高的权力，他们相当于11个超级节点，通过举手表决，甚至可以决定修改代码，而这11人理事会是比特股系统里的中心，也是规则的制定者。

这是DPoS算法的优势，也是DPoS算法的劣势。在PoW中，矿工、开发者、用户三权分立。

而DPoS似乎将这三权合并到了见证人和理事会手中。在EOS中，BM还制定了区块链宪法，要求所有记账节点必须遵守，所以也有人抨击这是具备了BM特色的去中心化。

从某种角度来看，DPoS是社区治理加上共识算法，不再是单纯的技术共识，这是与PoW、PoS算法最大的不同。

DPoS的基本假设是相信节点是好的，所以尽可能快速选择记账节点，而把问题发生后的修复过程推迟到投票中，可以说DPoS并不考虑拜占庭容错问题，把拜占庭容错推给了社区治理，而在社区治理上可归纳为一切皆投票。

而现实生活中，很多情况下，投票并不能解决问题，比如投票人都是有惰性的，集齐所有人投票成本是很高的，如果记账节点没有上限，所有节点的投票都投给自己，DPoS系统就会退化成PoS系统。

总结

我们来总结一下DPoS共识机制。

DPoS共识机制本身将“矿池”纳入系统内部，并把它们统称为见证节点，虽然不会出现中心化挖矿的风险，但是DPoS由于节点数不多，并且见证节点权力较大，可以认为DPoS本身就是带中心化思路的共识机制。