一文讀懂 Wanchain 委託機制：降低參與門檻，抵抗中心化風險

之前，我們介紹了星系共識的整體架構和流程《一文讀懂萬維鏈 PoS 星系共識架構特點和運轉流程》以及星系共識的隨機數生成算法《決定公鏈是否可信的隨機數，Wanchain 究竟是怎樣生成的？》以及出塊者選擇算法《決定公平的出塊人選擇機制，Wanchain 是如何設計的？》。這兩個算法能夠保證在確定了共識參與者之後，共識過程能夠安全穩定的進行。那麼，如何才能夠讓所有的權益持有者參與到共識過程中呢？本文將詳細介紹星系共識的委託機制。

原文標題：《Wanchain 星系共識探索：委託機制》
文章來源：公衆號 WanFans

1 星系共識委託機制設計背景

當前區塊鏈業界已經有了衆多 PoS 共識機制，它們或由嚴謹細緻的學院派提出，或由擁有豐富從業經驗的產業界提出，但是都普遍缺乏實用性。體現在如下幾點：

1.1 實際參與門檻較高

一方面，PoS 共識協議雖不同於 PoW 對算力的高依賴性，但是也要求參與者節點有較好的計算能力和網絡帶寬，能夠及時的完成協議內容，因此 PoS 參與者需要投入一定的硬件資源；另一方面，PoS 的收益分配原則是「權益越大，收益越大」。二者相結合的結果就是參與 PoS 有較高門檻，即只有擁有較高權益的節點纔會有足夠的動力去參與 PoS，擁有較小權益的節點則由於參與 PoS 的成本高於預期收益而被「拒之門外」。這個「門檻」雖不在 PoS 理論設計中，但是卻是現實存在的。

1.2 中心化風險

由於參與門檻較高，只有較大權益擁有者可以參與到 PoS 共識過程中，從而獲取共識收益。而獲取的共識收益會加大共識參與者和非參與者之間的權益差距，陷入「富者愈富，窮者愈窮」的惡性循環，最終可能導致共識中心化的風險。

1.3 違背基礎安全假設的風險

幾乎所有 PoS 共識機制的安全基礎爲誠實大多數假設（honest majority assumption），即誠實節點佔參與共識協議權益的大多數。這個假設對於整個區塊鏈網絡是成立的，但是如果共識參與門檻很高，只能吸納一小部分權益參與到共識過程中，那麼具體到 PoS 共識協議中這一假設就未必成立了。這本質上是一個取樣問題，當樣本量較小時，並不一定具有整體的統計特徵。

因此，如何設計一種機制能夠降低 PoS 參與門檻，儘可能吸納更多的權益參與到共識過程中，對整個共識的實用性和安全性都具有重要意義。

2 星系共識委託機制的意義

星系共識在設計之初就充分的考慮了協議的實用性。這個實用性不僅僅體現在降低共識過程中需要的計算和存儲資源，更重要的是能夠保證共識的參與者能夠順暢的參與到整個過程中。星系共識具有完整的委託機制，擁有較大權益的節點可以直接參與到共識過程中，而擁有較小權益的節點可以通過委託機制參與到共識過程中。理論上任何一個 WAN 的持有者都有能夠加入到共識過程中，這是 PoS 協議的精神所在，也是星系共識實用性的體現。在這一方案下，更多的 WAN 會加入到共識中，從而使整個網絡更加安全健壯。
因此，完整的委託機制降低了 PoS 共識參與的門檻，提高了星系共識的實用性，與其他 PoS 共識協議相比具有明顯優勢。

3 星系共識委託機制的理論基礎 —— 委託簽名（proxy signature）

委託簽名是密碼學中的一種特殊簽名算法，它能夠使一個個體，稱爲委託者或原始簽名者（original signer），將自己對消息簽名的權利委託給另外一個個體，即被委託者（proxy signer）。被委託者能夠計算出一個委託簽名，任何擁有原始簽名者公鑰的個體均可以驗證簽名的合法性。嚴格的說，委託簽名算法爲多個算法的集合，PS=(G,K,S,V,(D,P),PS,PV)，其中 (G,K,S,V) 是一個標準數字簽名算法（比如 ECDSA），(D,P) 是委託和接受委託的算法，PS 是委託簽名生成算法，PV 是委託簽名驗證算法。

4 星系共識委託機制的流程

星系共識的委託機制是基於三重 ECDSA 委託簽名算法（Triple ECDSA Proxy Signature）實現，這一算法由 Wanchain 理論團隊設計提出，兼具通用性、安全性和高效性。同時結合智能合約，星系共識實現了完整的委託機制，使得任何 WAN 的持有者均可以加入星系共識中，維護網絡安全，並獲取共識收益。假設 Alice 爲一名普通的 WAN 持有者，公私鑰對爲 (pki,ski )；Bob 爲一名星系共識的代理節點，公私鑰對爲 (pkj,skj )；Proxy_SC 爲一個特殊智能合約，用於驗證並存儲委託過程中的相關數據。現在 Alice 要委託 Bob 去代替自己參與星系共識，具體流程如下：

Step1：Alice 在本地將自己的私鑰 ski、Bob 的公鑰 pkj 輸入三重 ECDSA 算法中，生成委託證書 cert=(pki,pkj,ω,(R,s))；
Step2：Alice 構造一筆交易，將委託證書發送到 Proxy_SC，同時委託資金鎖定在 Proxy_SC 中；
Step3：Proxy_SC 驗證 Alice 所發委託證書的合法性，並生成代理公鑰 pkp 和委託證書一同存儲在合約中；
Step4：Bob 對 Proxy_SC 中存儲的證書進行解析，利用自己的私鑰 skj 計算得到代理私鑰 skp；
Step5：代理公鑰 pkp 作爲獨立身份參與星系共識，Bob 通過代理私鑰 skp 完成共識過程，獲取共識收益；
Step6：共識收益按照委託約定，在 Alice 和 Bob 之間進行分配；
Step7：委託期結束後，Proxy_SC 將委託資金返還到 Alice 賬戶中。

5 星系共識委託機制的優勢

5.1 通用性

星系共識的委託方案在標準簽名、權利委託和委託簽名中均使用 ECDSA 簽名算法，這一算法也在區塊鏈領域廣泛使用。它與已有的區塊鏈技術架構完全兼容。無論是直接註冊加入到共識機制中，還是通過委託機制加入，對參與者出塊的驗證邏輯完全一致。

5.2 非交互

委託的過程是非交互的，因此委託者和代理節點之間不必建立安全的通信信道，完全通過鏈上交易完成委託，在共識過程中更加高效。

5.3 高安全性

已有的一些委託機制，往往需要委託者將資金轉入代理節點賬戶，由代理節點直接參與共識，並完成收益分配。這種方式是中心化的，對代理節點誠信度要求較高，容易發生「攜款跑路」的現象，對委託者資金安全產生巨大安全。星系共識的委託機制基於密碼學算法實現，委託者的本金被鎖定在智能合約內，代理節點只獲得委託者的參與共識的權利，並不對用戶資金具有任何控制權，因此能夠充分保障用戶的資金安全。

5.4 公開透明

星系共識委託機制中，委託的過程以及代理節點參與共識的數據都在鏈上進行存證，所有數據公開透明。一方面，保證代理節點能夠公平分配共識收益，無法作惡；另一方面，也方便委託者能夠對代理節點的活性進行甄別，從而選擇合適的代理節點。