租赁权益证明共识算法与Waves-NG协议

作者：Guy Brandon，Waves贡献者。

Waves网络采用了租赁权益证明（LPoS）共识算法，并结合Waves-NG协议，实现了高度的可扩展性和交易吞吐量。

简介

Waves网络于2016年通过一次ICO启动，当时筹集了30,000 BTC，约合1600万美元。这个项目旨在为商业流程开发一个全面的区块链生态系统，提供广泛的工具包，以满足多样化的需求，包括创建自定义加密货币代币、简易智能合约、在内置的去中心化交易所（DEX）上进行点对点交易，以及通过Waves Keeper浏览器插件安全便捷地与dApps和网络服务互动。

可扩展性

从一开始，Waves就认识到可扩展性对于区块链的大规模采用是必要的，并优先开发技术来解决现有区块链的局限性。例如，比特币虽然安全性高，但速度相对较慢，每秒只能支持大约7笔交易（TPS）。因此，比特币作为全球日常货币的效率不足。为了达到这一目的，比特币需要第二层解决方案，如闪电网络。Waves采取了不同的方法，首先专注于高链上可扩展性，然后再考虑第二层应用。

余额租赁

Waves最初的共识算法是一个简单的权益证明实现。所有1亿WAVES代币在ICO后即已分配，供应固定：与PoW挖矿的代币不同，Waves没有通货膨胀。因此，Waves的区块验证者（称为“锻造者”，尽管在Waves生态系统中通常被简称为“矿工”）从他们处理的区块中获得交易费用，但没有区块奖励。

租赁权益证明（LPoS）系统于2017年5月全面启动，允许Waves轻客户端用户——那些不运行完整节点的用户——将他们的WAVES代币租赁给挖矿节点。租赁的WAVES被锁定在用户账户中，不能转移或交易。尽管如此，这些代币仍然完全由账户持有人控制，租赁可以随时取消。考虑到运行挖矿节点的技术开销和需要24/7在线，Waves社区中只有相对较小比例的人运行节点（区块生成器列表可以在开发者网站上找到）。

租赁给挖矿节点的WAVES代币用于增加矿工的权重，从而增加该矿工找到下一个区块的机会。租赁权益证明系统至少通过两种方式提高了网络安全性。首先，用于保护网络的WAVES越多越好，因为这使得攻击者积累足够的代币进行51%攻击变得更加困难。其次，WAVES可以从用户的冷存储地址租赁给节点，而节点本身——虽然保持在线——可能只有最低限度的余额。这显著降低了在线计算机上的WAVES代币被黑客攻击的风险，因为租赁的资金不会转移给矿工。

共识的新方法：Waves-NG

2017年12月，网络进行了进一步升级，推出了Waves-NG。这是一个基于康奈尔大学IT教授Emin Gün Sirer提出的Bitcoin-NG提案的新协议。

原始比特币协议是回顾性地选择每个矿工。在一个区块被添加到区块链后，矿工们根据当前区块链状态竞争寻找下一个区块的有效哈希。与此同时，新生成的交易进入内存池（mempool），在那里它们将一直等待，直到某个矿工最终收集并验证它们。

尽管比特币和Bitcoin-NG协议都被认为是拜占庭容错（BFT）系统，但后者于2015年被提出作为一个基于不同工作机制的可扩展替代方案。在Bitcoin-NG系统中，下一名矿工是提前选择的，这个矿工创建一个空的“关键区块”——这将是最终添加到区块链的区块。小区块称为“微区块”（每个包含几笔交易）近乎实时地添加到这个关键区块中。用一个日常的比喻来说，这就像将几袋购物（微区块）放入手推车（关键区块）中，然后整个手推车最终被推到结账处（添加到区块链）。这意味着交易可以在几秒钟内被添加到区块链中，唯一的真正延迟是网络延迟。Waves为权益证明网络更新了这一想法，创建了Waves-NG协议——这是首次在开放的公共区块链上部署Bitcoin-NG。

生态系统的另一个补充是MassTransfers。这些允许在一个交易中打包最多100次转账，并降低费用。每笔MassTransfer的100次交易限制被选择为在增加显著容量和便利性与限制一次性发送大量低成本交易的能力之间的一种折衷。如果需要进行更多次转账，可以顺序提交多个MassTransfers。换句话说，用户可以简单地选择MassTransfer作为一种不同的“发送交易”，允许他们在一个交易中包含最多100个接收者。此外，接收地址可以通过JSON提供或从CSV文件上传，使得进行大规模空投或对租赁WAVES给挖矿节点的人进行每周支付变得简单高效。结合Waves-NG，MassTransfer功能使得网络的吞吐量非常高。

已经对Waves网络进行了多次压力测试，以评估新协议的吞吐潜力。2018年10月，在MainNet上进行了一次重大压力测试。这表明公共、开放的区块链协议（不仅仅是受限和控制的TestNet）能够在一天内支持超过610万笔交易——平均每分钟4200笔交易或每秒71笔交易，峰值吞吐量达到每秒数百笔交易。

结束语

租赁权益证明系统使没有技术专长的普通用户能够帮助保护Waves网络，通过将他们的WAVES租赁给完整节点而不会失去对代币的控制。与此同时，Waves-NG使得每秒交易量达到100 TPS，比许多区块链高出一个数量级。费用低廉，因为不需要通过区块奖励支付给矿工以补偿他们高昂的电力成本和昂贵的硬件。

链上可扩展性一直是Waves的优先事项，但由于所需的存储和带宽，任何区块链通过这种方式扩展都有其极限。Waves的开发者认为，目前的方法可以优化以支持高达1000 TPS的交易量，然后再需要进一步的扩展解决方案。Waves目前正在探索涉及侧链的第二层扩展解决方案，允许大量交易在并行链上处理，但最终由主Waves区块链进行安全保障。