EOS和比特幣、以太坊有什么區(qū)別?EOS的共識機制與區(qū)塊生成
現在從加密數字貨幣的市值看，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)。從關注度看，EOS 也是 2017～2018 年的明星項目，并常被認為是區(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)，它的目標是將一切去中心化(decentralize everything)。從 2017 年年中開始，經過一年的代幣眾籌后，它于 2018 年 6 月 15 通過由數十個區(qū)塊生產者(block producer，BP，又稱超級節(jié)點)組成的社區(qū)上線了主網，EOS 主網這條主要的區(qū)塊鏈開始正式運轉。
通過 EOS Tracker 可以查看 EOS 區(qū)塊鏈網絡（EOS 主網）的情況，網址為：https://eostracker.io/。對應地，以太坊的網絡可通過如下網址查看：https://etherscan.io/；比特幣網絡可通過以下網址查看：https://blockchain.info/。
要注意，雖然有一個 EOS 主網，但實際情況要復雜得多，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 這個基礎公鏈和它的應用開發(fā)。EOS 這個基礎公鏈可說是為應用而生的。
EOS VS 以太坊
了解 EOS 的方式之一是拿它與以太坊、比特幣進行比較。
從開發(fā)目標上來講，比特幣、以太坊、EOS 是漸進的，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、應用。以太坊在實際應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，EOS 是以太坊的改進。
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
比特幣的設計思路類似于黃金。在數字世界中，按工作量證明共識機制，挖礦節(jié)點進行加密計算，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，雖然在比特幣網絡中的資產價值高，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“高速公路”，早期投資者享有“高速公路”的主要權益。之后，一起建設與維護“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。在以太坊網絡中，由于各類項目已經基于它生成了大量的通證，以太坊網絡的交易量相對較多，挖礦節(jié)點獲得的交易費收益占比高于比特幣。
EOS 的設計思路則類似于房地產開發(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行基礎的開發(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，已經競購得到大量土地的開發(fā)商是不是開發(fā)和經營好自己的地塊?EOS 網絡要依靠超級節(jié)點(即區(qū)塊生產者)來各自建設、共同運營，按現在的設計，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 網絡的設計是不再收取網絡交易費，持有 EOS 通證則擁有對應的網絡使用權利。但是，如果一個應用的開發(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，以獲得使用主網的權利。類比來看，這種設計類似于購買或租用辦公樓。
當然，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)用這個軟件來運行 EOS 主網，且從邏輯上來講，這個主網并非由 Block.one 公司運行，而是由社區(qū)運行的。另外，其他人也用 EOSIO 這個開源軟件建立替代網(altnet)。
替代網（altnet）是一個模仿替代幣（altcoin）而創(chuàng)造出來的新詞。在社區(qū)運行的 EOS 主網（mainnet）之外，EOS 鼓勵其他人用 EOSIO 開源軟件架設新的區(qū)塊鏈網絡，這些區(qū)塊鏈網絡是類似于替代幣的替代網。比特幣的替代幣是與比特幣的價值無關的，類似地，替代網也與 EOS 主網無關。
EOS 是對以太坊的改進，各個用 EOSIO 開源軟件運行起來的區(qū)塊鏈網絡，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 所采用的共識機制是 DPOS(委托權益證明)，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)塊生產者(BP，也稱超級節(jié)點)，負責區(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絡，以算力競爭記賬權利，生成區(qū)塊。而對于 EOS，只有超級節(jié)點才有資格生產區(qū)塊。這是因為兩者所采用的共識機制不同：比特幣和以太坊采用的是工作量證明共識機制，而 EOS 采用的是 DPOS(委托權益證明)共識機制。
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絡形成的角度來看，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)有以下三個關鍵要求：
一是性能。它的去中心網絡的整體性能能否支撐大量應用?
二是網絡。它的共識機制、經濟激勵和社區(qū)運營能否吸引足夠多的節(jié)點加入，形成一個安全、可靠的去中心網絡?
三是功能。無論目標是通用類、功能類還是行業(yè)類，它是否提供了應用開發(fā)所需要的必備功能?
一個基礎公鏈的成敗關鍵正是以上三點：性能、功能與網絡(見圖2)。EOS 已經在性能和功能上做了很多努力，而 DPOS 共識機制與超級節(jié)點競選是 EOS 在“網絡”這個角上所做的努力。
圖2：基礎公鏈的三角：功能-性能-網絡
對比特幣和以太坊網絡來說，在較長的周期內，它們以挖礦經濟激勵的方式，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)點是由基金會或關聯方運行的。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 理事會提到了其網絡的去中心化計劃，并解釋道：“我們希望至少有 3 個節(jié)點由外部的實體運行……去中心化的初期階段：2個節(jié)點將由 City of Zion 運行，1 個節(jié)點將由社區(qū)運行，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)塊鏈公司運行，2 個節(jié)點將由NEO理事會運行。”
NEO 的共識機制是 DBFT，全稱為 Delegated Byzantine Fault Tolerant，是一種通過代理投票來實現大規(guī)模節(jié)點參與共識的拜占庭容錯型共識機制（見NEO白皮書：http://docs.neo.org/zh-cn/）。
圖3：EOS體系架構
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絡，并且，超級節(jié)點競選是與其共識機制 DPOS（委托權益證明）高度匹配的。按現在的設計，獲得投票的 21 個活躍生產者和 179 個候補生產者一起生產 EOS 這條區(qū)塊鏈的區(qū)塊，即運行這個區(qū)塊鏈網絡。這些區(qū)塊生產者是動態(tài)的，時刻根據投票動態(tài)調整。
EOS 的區(qū)塊鏈生產者的收益分配機制是，區(qū)塊生產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)塊來進行獎勵，0.75% 按所獲投票來進行分配?？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 主網上線，圍繞超級節(jié)點(BP)的競爭已經顯示了，這個機制相對成功地調動了眾多參與者競爭，促成了 EOS 去中心網絡的形成。這是一條務實、有效的路徑。
從另一個相關的機制設計上，我們也可以看到 EOS 團隊的精心設計。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益證明共識機制的有效性。
EOS 的體系架構：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差異，現在，EOS 被認為是區(qū)塊鏈 3.0 的有力競爭者，我們再來看下這三者體系架構的差異。其中，EOS 的體系架構參考了唐煜的文章“從 EOS 系統(tǒng)架構看 BM 的野心”，如圖3所示。
從 EOS 系統(tǒng)架構看BM的野心，唐煜/文，2018 年 4 月 24 日，https://mp.weixin.qq.com/s/pJQmZngnginnQL-OwcVMag。
在最基礎的層次——數據層和網絡層上，EOS 和比特幣、以太坊并沒有多大的區(qū)別。
EOS 的共識機制采用了與之前較為不同的 DPOS(委托權益證明)共識機制。由于采用 DPOS 共識機制，EOS 網絡的激勵層就可以看成不再單獨存在(圖中也未表示出來)。EOS 網絡每年新增發(fā) 5% 的 EOS 幣，其中 1% 按一定的規(guī)則分配給區(qū)塊生產者，另外 4% 進入社區(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計。EOS 的應用也與以太坊相似。因此，對于合約層和應用層，兩者是相似的。
EOS 的體系設計的創(chuàng)新在于工具層和生態(tài)層。
為了讓 EOS 適用于應用開發(fā)，EOS 團隊為它設計了賬戶、持續(xù)化數據庫(Multi-Index DB)等工具與接口。因此，這里延續(xù)唐煜的分類，認為在合約層和應用層之間存在一個工具層，這使得在 EOS 區(qū)塊鏈上開發(fā)應用更為便利。
EOS 的另一個特殊設計在于，它將自己的 EOS 主網和 EOSIO 軟件分開，鼓勵開發(fā)者采用 EOSIO 軟件建立行業(yè)專用、領域專用的區(qū)塊鏈網絡(應采用新的網絡名)，并建立自己的一系列應用。在體系架構的最上層可能出現一個生態(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的共識機制與區(qū)塊生成
在《EOSIO 技術白皮書》中，對 EOS 的共識機制 BFT-DPOS（拜占庭容錯算法+權益委托共識機制）進行了說明。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)塊生產者的簽名，該區(qū)塊就被認為是不可逆的。任一區(qū)塊生產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，就會留下密碼學證據。在這一模式下，一秒之內就可以達成不可逆的共識。
在白皮書中，EOS 對其區(qū)塊的出塊機制進行了介紹，轉摘如下：
根據這一算法，在使用 EOSIO 軟件構建的區(qū)塊鏈上持有通證的人，可以通過一個持續(xù)進行的投票系統(tǒng)來選擇區(qū)塊生產者。任何人都可以選擇參加區(qū)塊生產，只要能夠說服通證持有人為其投票，就會有機會參與區(qū)塊的生產。
EOSIO 軟件可以讓區(qū)塊每 0.5 秒生成一個。在任何時刻，只有一個生產者被授權生產區(qū)塊。如果在計劃的某個時間內沒有成功出塊，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，軟件會根據通證持有人所投票數選出 21 個區(qū)塊生產者。被選中的區(qū)塊生產者的出塊順序要獲得 15 個及以上的區(qū)塊生產者的同意。
如果出塊者錯過了一個塊，并且在最近 24 小時內沒有產生任何塊，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生區(qū)塊。這確保了網絡的順利運行，把被證明為不可靠的區(qū)塊生產者排除在出塊排序之外，這一方式使得錯過區(qū)塊的數量最小化。
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