李广磊： 对区块链PoW消耗公式的分析

背景

PoW消耗现实中的算力达成区块链的共识体系，就好像需要从外界提供能量来获得一个稳定系统一样，而PoS能根据历史所产生的“权益”，使用一套算法能利用好历史中的“权益”来达成共识从而不断衍生出新的价值，使得区块链本身就能成为一个闭环，不断运行下去。

有很多不同的方式来实现权益证明的算法，但是权益证明设计的两个主要原理是基于链的PoS和基于拜占庭容错（BFT）的PoS。

“基于链的PoS”：Ouroboros

论文中的Ouroboros是一个理论：按照什么样的一个流程可以设计出一个健壮的PoS算法并给出数学上充分的证明。而Cardano中的Ouroboros是对论文的实现，工程实现上跟论文中的描述有所不同。

本质上，PoW和PoS都是一种随机选择下一个区块生产者的方式。

所以，Ouroboros的根本目的就是为了根据权益多少，随机的选出一个出块者，并且随机选择的这个过程是不可预知的。

Ouroboros运行流程

首先要对一些术语进行解释：

在Cardano的运行中，时间被分为slot每个slot只能生产一个块，若这个块有问题，或者生产这个块的“矿工”（stakeholder的候选人）不在线，或者产出的块没有广播给大多数人，那么这个slot是当作废弃的，也就是会调过这个slot的块。多个slot为一个epoch，权益的计算是以每个epoch开始前的历史来计算，也就是说在这个epoch中所产生的权益变化不影响当前这个epoch中的slot的出块者的选择和其他和历史相关的东西。当前epoch中所产生的这些历史只能在以后的epoch中生效。每个epoch的开头有个genesis block，其不会上链，而是当前这个节点（矿工）自己在内存中生成，这个genesis block会记录好当前这个epoch中的可能参与出块的stakeholder的候选人，及一个随机种子ρ。stakeholder是权益持有者，也就是潜在矿工，在Cardano的实现中权益stake并不是直接指有多少ADA（Cardano的代币），而是和有多少ADA相关联，同时要成为一个stakeholder需要有2%的ADA才行。stakeholder并不一定要参与出块，只要记录在每个epoch的genesis block中的stakeholder才能参与当前epoch中slot的出块，所以记录在每个epoch中genesis block中的stakeholder叫做“stakeholder候选人”。由这些epoch衔接而成的链就是由Ouroboros共识产生的链，这个链的基本属性和Bitcoin相同（比如每个块包含上一个块的hash等）。Slot Leader Selection是指根据权益占比选择按概率选择出当前slot的出块者。在当前epoch中，按genesis block中记录的stakeholder候选人的权益分别占用的比例为这个epoch中的每一个slot选择出块者的概率。

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论文中的函数表示按照权益占比为概率从st