EOS和比特幣、以太坊有什么區(qū)別?EOS的共識機(jī)制與區(qū)塊生成
現(xiàn)在從加密數(shù)字貨幣的市值看，除了比特幣、以太坊等之外，市值最高的項目是企業(yè)操作系統(tǒng)(Enterprise Operating System，EOS)。從關(guān)注度看，EOS 也是 2017～2018 年的明星項目，并常被認(rèn)為是區(qū)塊鏈 3.0 的主要競爭者。
EOS 是由 Block.one 公司開發(fā)的一個新的區(qū)塊鏈軟件系統(tǒng)，它的目標(biāo)是將一切去中心化(decentralize everything)。從 2017 年年中開始，經(jīng)過一年的代幣眾籌后，它于 2018 年 6 月 15 通過由數(shù)十個區(qū)塊生產(chǎn)者(block producer，BP，又稱超級節(jié)點)組成的社區(qū)上線了主網(wǎng)，EOS 主網(wǎng)這條主要的區(qū)塊鏈開始正式運(yùn)轉(zhuǎn)。
通過 EOS Tracker 可以查看 EOS 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（EOS 主網(wǎng)）的情況，網(wǎng)址為：https://eostracker.io/。對應(yīng)地，以太坊的網(wǎng)絡(luò)可通過如下網(wǎng)址查看：https://etherscan.io/；比特幣網(wǎng)絡(luò)可通過以下網(wǎng)址查看：https://blockchain.info/。
要注意，雖然有一個 EOS 主網(wǎng)，但實際情況要復(fù)雜得多，任何人都可以用 EOS 提供的 EOSIO 開源軟件建立自己的一條鏈，且 EOS 鼓勵開發(fā)者這么做。
接下來，我們分幾個主題介紹 EOS 這個基礎(chǔ)公鏈和它的應(yīng)用開發(fā)。EOS 這個基礎(chǔ)公鏈可說是為應(yīng)用而生的。
EOS VS 以太坊
了解 EOS 的方式之一是拿它與以太坊、比特幣進(jìn)行比較。
從開發(fā)目標(biāo)上來講，比特幣、以太坊、EOS 是漸進(jìn)的，分別是區(qū)塊鏈 1.0、區(qū)塊鏈 2.0、區(qū)塊鏈 3.0，重心分別是貨幣、合約、應(yīng)用。以太坊在實際應(yīng)用中是以通證為主的。以太坊、EOS 均是借鑒與延續(xù)之前的思路重新開發(fā)，以太坊是比特幣的改進(jìn)，EOS 是以太坊的改進(jìn)。
這里先用比喻的方式來對比比特幣、以太坊、EOS，見下圖。
圖1：比特幣、以太坊、EOS的對比
比特幣的設(shè)計思路類似于黃金。在數(shù)字世界中，按工作量證明共識機(jī)制，挖礦節(jié)點進(jìn)行加密計算，獲得比特幣形式的挖礦獎勵。挖礦節(jié)點也可以獲得交易費收益，不過，雖然在比特幣網(wǎng)絡(luò)中的資產(chǎn)價值高，但交易并不頻繁，交易費收益目前在礦工收益中的占比并不高。
以太坊的設(shè)計思路類似于高速公路。在這條收費高速公路上，車輛行駛需要付費。它早期募集資金，建設(shè)“高速公路”，早期投資者享有“高速公路”的主要權(quán)益。之后，一起建設(shè)與維護(hù)“高速公路”的挖礦節(jié)點也可以獲得挖礦獎勵與交易費收益。在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，由于各類項目已經(jīng)基于它生成了大量的通證，以太坊網(wǎng)絡(luò)的交易量相對較多，挖礦節(jié)點獲得的交易費收益占比高于比特幣。
EOS 的設(shè)計思路則類似于房地產(chǎn)開發(fā)。Block.one 公司在將土地售賣出去之后，邏輯上它用獲得的資金進(jìn)行基礎(chǔ)的開發(fā)，此后每年再以類似填海造田的方式增加 5% 的土地出來。
EOS 的繁榮主要取決于，已經(jīng)競購得到大量土地的開發(fā)商是不是開發(fā)和經(jīng)營好自己的地塊?EOS 網(wǎng)絡(luò)要依靠超級節(jié)點(即區(qū)塊生產(chǎn)者)來各自建設(shè)、共同運(yùn)營，按現(xiàn)在的設(shè)計，這些節(jié)點共同獲得每年 1% 新增發(fā)的 EOS 作為回報。
與以太坊不同，EOS 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是不再收取網(wǎng)絡(luò)交易費，持有 EOS 通證則擁有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)利。但是，如果一個應(yīng)用的開發(fā)者不持有足夠的 EOS 通證，可能就要從市場中購買和付費租用，以獲得使用主網(wǎng)的權(quán)利。類比來看，這種設(shè)計類似于購買或租用辦公樓。
當(dāng)然，以上用比喻的方式討論只是為了便于理解。EOS 實際的情況是：Block.one 公司募集資金開發(fā)一個名為 EOSIO 的開源軟件。EOS 社區(qū)用這個軟件來運(yùn)行 EOS 主網(wǎng)，且從邏輯上來講，這個主網(wǎng)并非由 Block.one 公司運(yùn)行，而是由社區(qū)運(yùn)行的。另外，其他人也用 EOSIO 這個開源軟件建立替代網(wǎng)(altnet)。
替代網(wǎng)（altnet）是一個模仿替代幣（altcoin）而創(chuàng)造出來的新詞。在社區(qū)運(yùn)行的 EOS 主網(wǎng)（mainnet）之外，EOS 鼓勵其他人用 EOSIO 開源軟件架設(shè)新的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，這些區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是類似于替代幣的替代網(wǎng)。比特幣的替代幣是與比特幣的價值無關(guān)的，類似地，替代網(wǎng)也與 EOS 主網(wǎng)無關(guān)。
EOS 是對以太坊的改進(jìn)，各個用 EOSIO 開源軟件運(yùn)行起來的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，可以做幾乎所有以太坊能做的事，如編寫智能合約、發(fā)行通證。
為什么EOS有超級節(jié)點競選
EOS 所采用的共識機(jī)制是 DPOS(委托權(quán)益證明)，即一些節(jié)點在獲得足夠多的投票支持后，成為見證人(witness)節(jié)點或 EOS 中所說的區(qū)塊生產(chǎn)者(BP，也稱超級節(jié)點)，負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈的區(qū)塊生成。
對于比特幣系統(tǒng)，任何人都可以接入網(wǎng)絡(luò)，以算力競爭記賬權(quán)利，生成區(qū)塊。而對于 EOS，只有超級節(jié)點才有資格生產(chǎn)區(qū)塊。這是因為兩者所采用的共識機(jī)制不同：比特幣和以太坊采用的是工作量證明共識機(jī)制，而 EOS 采用的是 DPOS(委托權(quán)益證明)共識機(jī)制。
圍繞 POW 與 DPOS 的比較，討論主要集中在能源消耗、效率、安全等方面。但我們也可以從去中心網(wǎng)絡(luò)形成的角度來看，為什么 DPOS 是一種可行的選擇。
基于區(qū)塊鏈的思路開發(fā)的軟件系統(tǒng)有以下三個關(guān)鍵要求：
一是性能。它的去中心網(wǎng)絡(luò)的整體性能能否支撐大量應(yīng)用?
二是網(wǎng)絡(luò)。它的共識機(jī)制、經(jīng)濟(jì)激勵和社區(qū)運(yùn)營能否吸引足夠多的節(jié)點加入，形成一個安全、可靠的去中心網(wǎng)絡(luò)?
三是功能。無論目標(biāo)是通用類、功能類還是行業(yè)類，它是否提供了應(yīng)用開發(fā)所需要的必備功能?
一個基礎(chǔ)公鏈的成敗關(guān)鍵正是以上三點：性能、功能與網(wǎng)絡(luò)(見圖2)。EOS 已經(jīng)在性能和功能上做了很多努力，而 DPOS 共識機(jī)制與超級節(jié)點競選是 EOS 在“網(wǎng)絡(luò)”這個角上所做的努力。
圖2：基礎(chǔ)公鏈的三角：功能-性能-網(wǎng)絡(luò)
對比特幣和以太坊網(wǎng)絡(luò)來說，在較長的周期內(nèi)，它們以挖礦經(jīng)濟(jì)激勵的方式，逐漸地吸引了足夠多的節(jié)點加入。對于一些基礎(chǔ)公鏈區(qū)塊鏈項目，由于各種原因，它們的主要節(jié)點是由基金會或關(guān)聯(lián)方運(yùn)行的。其中較為典型的是小蟻(NEO)，它擁有較大的交易吞吐量(TPS)，但官方節(jié)點只有不到 10 個。
在 2017 年 12 月的報告中，NEO 理事會提到了其網(wǎng)絡(luò)的去中心化計劃，并解釋道：“我們希望至少有 3 個節(jié)點由外部的實體運(yùn)行……去中心化的初期階段：2個節(jié)點將由 City of Zion 運(yùn)行，1 個節(jié)點將由社區(qū)運(yùn)行，并將由社區(qū)資助(獨立于基金會)，2 個節(jié)點將由以盈利為目的的區(qū)塊鏈公司運(yùn)行，2 個節(jié)點將由NEO理事會運(yùn)行。”
NEO 的共識機(jī)制是 DBFT，全稱為 Delegated Byzantine Fault Tolerant，是一種通過代理投票來實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)點參與共識的拜占庭容錯型共識機(jī)制（見NEO白皮書：http://docs.neo.org/zh-cn/）。
圖3：EOS體系架構(gòu)
EOS 則用超級節(jié)點競選的方式來刺激形成一個活躍的去中心網(wǎng)絡(luò)，并且，超級節(jié)點競選是與其共識機(jī)制 DPOS（委托權(quán)益證明）高度匹配的。按現(xiàn)在的設(shè)計，獲得投票的 21 個活躍生產(chǎn)者和 179 個候補(bǔ)生產(chǎn)者一起生產(chǎn) EOS 這條區(qū)塊鏈的區(qū)塊，即運(yùn)行這個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。這些區(qū)塊生產(chǎn)者是動態(tài)的，時刻根據(jù)投票動態(tài)調(diào)整。
EOS 的區(qū)塊鏈生產(chǎn)者的收益分配機(jī)制是，區(qū)塊生產(chǎn)者一共可獲得每年新增出來的 1% 的 EOS 通證作為回報，其中 0.25% 按每個區(qū)塊來進(jìn)行獎勵，0.75% 按所獲投票來進(jìn)行分配?？蓞⒁?2018 年 5 月 12 日項目發(fā)布的信息。
從 2018 年年初到 6 月 15 日 EOS 主網(wǎng)上線，圍繞超級節(jié)點(BP)的競爭已經(jīng)顯示了，這個機(jī)制相對成功地調(diào)動了眾多參與者競爭，促成了 EOS 去中心網(wǎng)絡(luò)的形成。這是一條務(wù)實、有效的路徑。
從另一個相關(guān)的機(jī)制設(shè)計上，我們也可以看到 EOS 團(tuán)隊的精心設(shè)計。與其他代幣發(fā)行的項目不同，EOS 通證的發(fā)行持續(xù)了一年之久，這一方面吸引關(guān)注，另一方面或許更重要的是，這種做法使得 EOS 通證相對分散地存在于眾多持有者手中，在一定程度上保障了它所使用的委托權(quán)益證明共識機(jī)制的有效性。
EOS 的體系架構(gòu)：與比特幣、以太坊的對比
在討論以太坊時，我們對比了比特幣和以太坊的架構(gòu)差異，現(xiàn)在，EOS 被認(rèn)為是區(qū)塊鏈 3.0 的有力競爭者，我們再來看下這三者體系架構(gòu)的差異。其中，EOS 的體系架構(gòu)參考了唐煜的文章“從 EOS 系統(tǒng)架構(gòu)看 BM 的野心”，如圖3所示。
從 EOS 系統(tǒng)架構(gòu)看BM的野心，唐煜/文，2018 年 4 月 24 日，https://mp.weixin.qq.com/s/pJQmZngnginnQL-OwcVMag。
在最基礎(chǔ)的層次——數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層上，EOS 和比特幣、以太坊并沒有多大的區(qū)別。
EOS 的共識機(jī)制采用了與之前較為不同的 DPOS(委托權(quán)益證明)共識機(jī)制。由于采用 DPOS 共識機(jī)制，EOS 網(wǎng)絡(luò)的激勵層就可以看成不再單獨存在(圖中也未表示出來)。EOS 網(wǎng)絡(luò)每年新增發(fā) 5% 的 EOS 幣，其中 1% 按一定的規(guī)則分配給區(qū)塊生產(chǎn)者，另外 4% 進(jìn)入社區(qū)的提案系統(tǒng)(worker proposal system)資金池待分配。
EOS 的智能合約和以太坊略有差異，但基本上采取了相似的設(shè)計。EOS 的應(yīng)用也與以太坊相似。因此，對于合約層和應(yīng)用層，兩者是相似的。
EOS 的體系設(shè)計的創(chuàng)新在于工具層和生態(tài)層。
為了讓 EOS 適用于應(yīng)用開發(fā)，EOS 團(tuán)隊為它設(shè)計了賬戶、持續(xù)化數(shù)據(jù)庫(Multi-Index DB)等工具與接口。因此，這里延續(xù)唐煜的分類，認(rèn)為在合約層和應(yīng)用層之間存在一個工具層，這使得在 EOS 區(qū)塊鏈上開發(fā)應(yīng)用更為便利。
EOS 的另一個特殊設(shè)計在于，它將自己的 EOS 主網(wǎng)和 EOSIO 軟件分開，鼓勵開發(fā)者采用 EOSIO 軟件建立行業(yè)專用、領(lǐng)域?qū)Ｓ玫膮^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)采用新的網(wǎng)絡(luò)名)，并建立自己的一系列應(yīng)用。在體系架構(gòu)的最上層可能出現(xiàn)一個生態(tài)層，這一層是采用 EOSIO 軟件的區(qū)塊鏈，比如專為游戲、物流、金融、社交、能源、醫(yī)療開發(fā)的公鏈。
EOS的共識機(jī)制與區(qū)塊生成
在《EOSIO 技術(shù)白皮書》中，對 EOS 的共識機(jī)制 BFT-DPOS（拜占庭容錯算法+權(quán)益委托共識機(jī)制）進(jìn)行了說明。其中拜占庭容錯算法（Byzantin eFault Tolerance）的用途是：
所有的出塊者都要對所有區(qū)塊簽名，以確保在同一時間戳或者同一區(qū)塊高度上，沒有區(qū)塊生產(chǎn)者能夠同時在兩個區(qū)塊上簽名。一旦一個區(qū)塊有了 15 個區(qū)塊生產(chǎn)者的簽名，該區(qū)塊就被認(rèn)為是不可逆的。任一區(qū)塊生產(chǎn)者如果想在同一時間戳或者同一區(qū)塊高度的兩個區(qū)塊上簽名，就會留下密碼學(xué)證據(jù)。在這一模式下，一秒之內(nèi)就可以達(dá)成不可逆的共識。
在白皮書中，EOS 對其區(qū)塊的出塊機(jī)制進(jìn)行了介紹，轉(zhuǎn)摘如下：
根據(jù)這一算法，在使用 EOSIO 軟件構(gòu)建的區(qū)塊鏈上持有通證的人，可以通過一個持續(xù)進(jìn)行的投票系統(tǒng)來選擇區(qū)塊生產(chǎn)者。任何人都可以選擇參加區(qū)塊生產(chǎn)，只要能夠說服通證持有人為其投票，就會有機(jī)會參與區(qū)塊的生產(chǎn)。
EOSIO 軟件可以讓區(qū)塊每 0.5 秒生成一個。在任何時刻，只有一個生產(chǎn)者被授權(quán)生產(chǎn)區(qū)塊。如果在計劃的某個時間內(nèi)沒有成功出塊，則跳過該塊。如果有一個或更多的區(qū)塊被跳過，則在區(qū)塊鏈上會有 0.5 秒或者更久的空白。
使用 EOSIO 軟件，區(qū)塊的產(chǎn)生以 126 個區(qū)塊（每個出塊者六個區(qū)塊，乘以 21 個出塊者）為一個周期。在每個出塊周期開始時，軟件會根據(jù)通證持有人所投票數(shù)選出 21 個區(qū)塊生產(chǎn)者。被選中的區(qū)塊生產(chǎn)者的出塊順序要獲得 15 個及以上的區(qū)塊生產(chǎn)者的同意。
如果出塊者錯過了一個塊，并且在最近 24 小時內(nèi)沒有產(chǎn)生任何塊，則這個出塊者將被剔除在考慮范圍之外，直到他們通知區(qū)塊鏈可以重新開始產(chǎn)生區(qū)塊。這確保了網(wǎng)絡(luò)的順利運(yùn)行，把被證明為不可靠的區(qū)塊生產(chǎn)者排除在出塊排序之外，這一方式使得錯過區(qū)塊的數(shù)量最小化。
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