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波卡官方發文:波卡中的提名和驗證人選擇

本文作者:Jonas Gehrlein,Web3 基金會研究科學家。本文發布于波卡官網,由 PolkaWorld 翻譯。

背景介紹

Polkadot 網絡及其狂野的表哥 Kusama 都是去中心化的系統,由無法被單個實體控制的大量服務器(即節點)來運行。這種無需許可的設計,與谷歌和 Facebook 等中心化系統相比,提供了更多的自由和包容性。中心化系統的可信度基于其權威,而去中心化系統則從嚴格的經濟激勵計劃中獲得安全性。作為去中心化系統概念的一個卓越變體,權益證明(PoS)網絡出現了。這些要求參與共識的節點(通常稱為驗證人)將貨幣資源置于風險之中,來作為安全保證金。

一個關鍵問題是,這樣的網絡如何確定誰可以充當驗證人。Polkadot 和 Kusama 中使用提名權益證明協議(NPoS),根據支持他們的提名權益總額來計算是否進入活躍的驗證人集。這包括驗證人自己的抵押和支持他們的其他代幣持有者(提名人)的抵押。具體而言,該協議將所有提名人和驗證人的抵押分配到固定數量的抵押池(每個驗證人一個),以便抵押池的大小盡可能均勻分布。與其他權益證明系統相比,這種先進的機制保證了少數群體偏好的比例代表[1],從而提高了公平性并進一步使流程民主化。這也使網絡用戶能夠參與驗證人的定期選舉,從而對活躍驗證人集產生直接影響。

該選舉算法的補充部分是經濟激勵計劃,它獎勵正確、誠實地遵循協議的驗證人,并懲罰惡意(或疏忽)行為。為了激勵提名人只選擇合適且值得信賴的驗證人,他們與驗證人承擔相同的結果。這意味著他們會因驗證人的良好行為而獲得獎勵,并因不良行為而被罰款(“Slash”)。這些關鍵概念確保,通過群眾和市場力量的智慧,提名人通過管理活躍驗證人集來為保護網絡做出貢獻。因此,提名人的投票可以被視為對各自驗證人可信度的肯定。從長遠來看,有能力、值得信賴和誠實的驗證人將保持活躍,而不合適的驗證人將失去支持并最終被從活躍集中刪除。

提名和驗證人選擇是用戶與協議交互的關鍵部分。這篇文章介紹了提名的背景信息以及選擇驗證人時要考慮的事項。目的是提供一個關于與驗證人建立和維護信任關系的觀點,并說明提名人在選擇合適的驗證人時面臨的一些權衡取舍。

提名意味著信任

Staking(質押)獎勵不是白拿的。獎勵在某種程度上是一種補償,一部分是補償提名人在研究可選驗證人(包括活躍和非活躍驗證人)、做出知情的多樣化選擇方面所付出的努力。理想情況下,此選擇將包括最大數量的可選驗證人。這對網絡的去中心化具有積極影響,并確保提名人有最大的機會至少有一個被提名的驗證人處于活躍狀態。這確保了提名人將不斷獲得 Staking 獎勵。

提名人獎勵的另一部分,是補償其鎖定代幣來維護系統安全,這意味著要承擔被 Slash 的風險。這類似于經濟學中高效系統的基本原則之一:風險和收益并存。在本質上:

提名行為可以被描述為充分信任驗證人,以至于提名人愿意將幣質押給驗證人,期待這些驗證人會為他們的利益行事。

但提名人的利益究竟是什么?他們應該期待驗證人作出哪些行為或滿足哪些標準?首先,提名人必須期望他們選擇的驗證人按照網絡規則行事。違反這些規則的惡意行為,包括惡意的驗證人(或驗證人的聯盟)運行修改后的軟件以試圖雙花或創建競爭性分叉。

其次,提名人必須期望驗證人有足夠的能力來維護硬件和運行基礎設施,防止停機和意外的重復簽名情況,從而保證可用性和持續的出塊。第三,提名人必須期望他們的驗證人重視他們的默示同意,即不會不經告知就大幅增加傭金,并且應該經常支付累積的獎勵。

建立信任

在確定提名人應該從驗證人那里期望什么行為或標準之后,重要的是仔細看看上面定義的 “信任” 部分并發問:如何建立和維護這種信任?提名人可以通過多種方式獲得對驗證人的信任,因此,驗證人可以表明他們的可信度。

基于溝通的信任

提名人和驗證人之間的透明溝通和積極參與,在兩者之間的信任關系中發揮著重要作用。一個很好的起點是鏈上身份,如果驗證人設置了鏈上身份,它可以顯示更詳細的信息,例如網站、社交媒體群組,并且可以成為一個很好的聯系點。這使提名人能夠積極與他們的驗證人互動、提出問題并查看他們的愿景和價值觀是否一致。

理想情況下,驗證人可以通過與社區溝通,分享有關其運營和基礎設施的信息來表明其能力。例如,提名人可以通過節點托管位置、采取的安全流程等信息,來比較不同的驗證人并做出明智的提名。最終,在驗證人和他們(未來的)提名人之間舉辦(線下或線上)聚會和活動是建立長期關系的理想目標。

基于信譽的信任

另一個信任來源可以是良好的整體聲譽。一方面,這可以包括驗證人作為活躍社區成員的鏈下行為,通過改進代碼庫、提供教育資源和積極幫助社區渠道中的提名人為生態系統做出貢獻。此外,一些實體在多個 PoS 區塊鏈上運行其驗證服務,這可以進一步提高其可信度。

另一方面,一些鏈上行為的歷史指標,例如持續驗證而未被 Slash、接近平均出塊時間(era-points)、傭金變化不大、可靠的正常運行時間等都有助于驗證人的良好聲譽。然而,在所有需要研究的必要標準中,歷史指標可能是最難追蹤,需要付出最多努力的。

基于經濟的信任

即使對驗證人的身份或歷史行為了解不多,也有可能觀察到一些可信的經濟信號。一個重要的指標是驗證人以自抵押的形式進行的自我提名。該指標表明驗證人與其他提名人一樣,對自己的成功進行了同樣昂貴的賭注。另外,自抵押的資金只能用于自我提名,所以如果驗證人未入選的話就等于浪費了資金,這也放大了自抵押的參考價值(這一點對于等待中的驗證人來說尤其如此)。

通過自我選舉,驗證人會面臨與其提名人相同的 Slash 風險,這增加了其正確行事的動機。從博弈論的角度來看,與溝通(必須考慮到光說不練的情況[2])等其他因素相比,自抵押是一個代價高昂的信號,毫無疑問,驗證人真正投入了切身利益。與此相關的是,其他提名人的整體支持(即總抵押減去自抵押)可以被視為對驗證人的總體信任度的衡量標準。然而,由羊群效應和信息瀑布(information cascades)引起的潛在有害影響仍然需要每個提名人進行研究。

另一個有價值的經濟組成部分是傭金,即驗證人對提名人的獎勵收取的服務費。有趣的是,觀察發現具有較高傭金的活躍驗證人可以提高他們的可信度,因為這意味著盡管他們可能提供較低的獎勵,但他們仍然具有足夠的競爭力進入活躍集。此外,在所有其他條件相同的情況下,傭金較高的驗證人投入了更多的切身利益,因為如果他們行為不當,他們可能放棄的收入會更高。

這些經驗法則彼此之間并不是完全分開的,并且在許多情況下可能會重疊。理想情況下,提名人應在不同的信任指標之間取得良好平衡,并根據個人喜好和經驗對其進行權衡。

驗證人的選擇

現在我們知道提名人應該期望他們的驗證人有什么行為,以及如何建立信任關系,最后一步是詢問如何做出好的驗證人選擇。遺憾的是,并沒有一個放之四海皆準的建議。如上所述,驗證人可以具有多種特征,均以不同程度的鏈上變量和/或鏈下行為表示。一般情況下很難達到 “完美平衡”,尤其是無法適用于每一個人,因為個人喜好不同。因此:

驗證人選擇是對取舍的評估,這種評估基于提名人的個人偏好和信念。

為了說明這一點,讓我們看一些評估驗證人時經常考慮的因素的例子:

  • 聲譽 vs 投入的切身利益:驗證人被感知到的聲譽(即名聲和在社區中的地位)可能是其能力和可信度的寶貴信號。但是,這通常與此類驗證人擁有的自抵押數量相沖突。一些提名人信任該驗證人的聲譽,而另一些提名人則更加重視投入的切身利益,并選擇自抵押更高的驗證人。

  • 總抵押數 vs 表現:提名人根據其抵押占驗證人總抵押的相對份額獲得報酬。這其實意味著提名具有高總抵押數的驗證人會減少預期的 Staking 獎勵(如果不考慮傭金和出塊的話),而高總抵押數可能是社區普遍高度信任的寶貴信號。一些人更重視群體信任,而另一些人則通過支持總抵押較少的驗證人來尋求更高的回報。

  • 運營商規模 vs 超線性 Slash 風險:單個實體在網絡上運行的節點數量,可能是運營和流程高度專業化的信號,并使得提名那些更大的運營商具有吸引力。然而,超線性 Slash 機制顯著地隨著特殊故障而加大懲罰,當你運行具有相同或相似基礎設施和流程的多個節點時,更可能發生這種情況。運營商規模和更高的超線性 Slash 風險之間的最佳點是不可能一概而論的,必須由每個提名人確定。

很容易想象在各種可用標準之間有更多的權衡。正如單個實體無法在市場上設定資產的價格一樣,它由提名人引導的無形之手來匯總信息并找到最佳的活躍驗證人集。此外,提名人經常檢查和更新他們的提名很重要,因為驗證人的許多關鍵標準容易發生變化,這可能導致最新情況與原始評估不匹配。此外,可能會有新的驗證人出現,可以更好地符合提名人的偏好。網絡安全的一個關鍵部分取決于提名人的積極參與。

輔助工具

行為經濟學的一個重要見解是人類的認知資源是有限的[3],這往往會導致與理性理論預測的行為發生偏差。不斷增加的活躍和等待中驗證人的數量,給提名人執行收集信息、觀察驗證人歷史和評估取舍,最終做出明智選擇的任務帶來了巨大的認知負擔。

此外,行為偏差常常讓人們的行為違背他們的經濟動機,從而導致非最優的提名行為。例如,當涉及到跨期選擇時,人類很容易犯錯誤[4],這可能導致在短期內對必要的研究進行拖延[5],即使從長遠來看這會防止潛在的網絡問題。另一個問題可能是由羊群行為引起的[6],即提名人在沒有足夠信息的情況下盲目地跟隨更大份額的其他提名人。即使最初出現一小部分表現不佳的提名人,也可能導致其他提名人跟隨他們的連鎖效應[7]。

因此,需要工具來幫助決策,并使決策流程成本更低、更有趣。這些工具必須有指導作用,同時又尊重沒有單一的最佳推薦選項,并且提名人需要能夠表達他們的偏好。

選擇驗證人的一個很棒的平臺是 polkadot.js/apps,它在 “目標(Target)” 頁面下列出了所有活躍和等待驗證人,并提供了重要的每個驗證人的鏈上指標。此外,可以通過在 “驗證人統計信息(Validator stats)” 頁面中輸入其地址來分析單個驗證人的歷史行為。

另一個用于指導選擇過程的平臺是驗證人資源中心(https://validatorsv2.kusama.polkastats.io/),它目前正在 Kusama 網絡的 Beta 版中運行。該工具包括一些更復雜的指標計算,提供導入當前鏈上提名的選項,并分析關鍵的鏈上事件。比如包括了增加傭金或減少指定驗證人的自抵押。該平臺的一個原則是讓選擇過程盡可能簡單,同時為提名人提供最大的選擇自由。它還根據提名人的偏好提供額外的篩選技術。

幫助提名人做出明智的決定會使整個提名過程更加愉快且成本更低,并降低他們忽視積極監督提名和管理活動集的職責的可能性。

結論

網絡的安全依賴于提名人積極參與研究和選擇合適的驗證人,并經常更新他們的選擇。這些方面綜合起來,會產生一組維護良好的活躍驗證人和一個健康的網絡。提名的任務通過質押獎勵的形式受到網絡的慷慨獎勵。為了指導這一過程,提名人應該能夠使用有助于決策過程的工具,這些工具旨在重視提名人的個人偏好。

注釋:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Proportional_representation???

  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Cheap_talk???

  3. Simon H.A. (1990)?Bounded Rationality. In: Eatwell J., Milgate M., Newman P. (eds) Utility and Probability. The New Palgrave. Palgrave Macmillan, London.???

  4. Richard Thaler (1981)?Some empirical evidence on dynamic inconsistency. In: Economics Letters vol 8, issue 3, pp 201-207.???

  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Present_bias#Procrastination???

  6. Ramsey M. Raafat, Nick, Chater and Chris Frith (2009)?Herding in humans. In: Trends in Cognitive Sciences vol 13, no 10, pp 420-428.???

  7. Lisa R. Anderson and Charles A. Holt (1997)?Information Cascades in the Laboratory. In: The American Economic Review vol 87, no 5, pp 847-862.???

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