权益证明租赁(LPOS)共识算法和Waves-NG协议

作者: Guy Brandon，Waves投稿。

Waves网络采用权益证明租赁(LPOS)共识算法，该算法与Waves-NG协议相结合，可实现网络的高度可扩展性和事务吞吐量。

介绍

Waves网络于2016年推出，当时通过ICO募集了30,000比特币，价值约1600万美元。该项目旨在开发可用于业务交易流程的综合区块链生态系统，其中包含涵盖各类功能需求的工具包，包括轻松创建自定义数字货币令牌、直接编写智能合约、实现点对点交易的内置去中心化交易所（DEX）、与dApps实现安全便捷的交互方式以及Waves Keeper浏览器插件所提供的Web服务。

可扩展性

从一开始，Waves就认识到可扩展性是大多数区块链项目推广使用的需求，并意识到要开发相关的技术，来解决现有区块链的局限性。例如，比特币具有很高的安全性但交易速度相对较慢，并且每秒只能支持大约7笔交易（TPS）。因此，比特币的效率不足以使其成为全球性货币。基于第二层的解决方案，如比特币的闪电网络就是为了实现该目标而实施的。而Waves在该层上采用了不同的方法，在考虑第二层应用之前，Waves首先关注链上的可扩展性。

租赁平衡

Waves的原创共识算法是基于简单的权益证明协议实现的。总量为1亿枚的WAVES代币都在ICO之后完成了分发，并且供应量也是固定的：因为WAVE是“PoW”属性的代币，所以不存在通货膨胀。因此，Waves区块验证者（锻造者，他们通常被称为是Waves生态系统中的'矿工'）从他们处理的区块中获得交易费，但没有额外的区块奖励。

租赁的权益证明（LPoS）系统于2017年5月全面启动，该协议可以让使用Waves lite客户端的用户（没有运行完整节点的用户）将他们的WAVES令牌租赁给挖矿节点。租用的WAVES被锁定在用户的帐户中，无法进行转移或交易。此外，代币仍然完全由账户持有人控制，租约到期后可以随时取消。考虑到挖矿节点运行需要相关的技术开销以及7乘24小时在线，因此只有相对较少的Waves社区运行挖矿节点（区块生成器列表可以在https://dev.pywaves.org/generators/查看）。

租赁给挖矿节点的WAVES代币可用于增加矿工的权重，反之，也增加了矿工发现下一个区块的机会。租赁的权益证明系统至少以两种方式提高了网络的安全性。首先，用于保护网络的WAVES代币是越多越好的，因为这样会使攻击者更难以累积到执行51％攻击所需的代币数量。其次，WAVES代币从用户的冷钱包中租给挖矿节点，但节点本身（保持在线的节点）可能只有很小的余额。由于租赁的资金不会转移给矿工，这可以大大降低在线存储的WAVES代币被攻击的风险。

一种新的共识方法：Waves-NG

2017年12月WAVES进一步升级了网络，推出了Waves-NG共识协议。这是一个基于比特币NG方案的新协议，由Cornell IT教授EminGünSirer发明。

初始的比特币协议选择的矿工是可追溯的。区块链中增加了一个区块之后，矿工们会相互竞争，根据区块链的当前状态查找下一个区块的有效哈希值。同时，新生成的交易被放入内存池（mempool），在那里它们将保持待定状态，直到有矿工来收集并验证这些交易。

虽然比特币和比特币NG协议都被认为是拜占庭容错（BFT）系统，后者作为不同工作机制的可扩展替代方案，于2015年被提出。在Bitcoin-NG系统中，会预先选择下一个矿工，该矿工会创建一个空的“密钥区块” - 这个区块最终会被添加到区块链中。小型区块被称为‘微区块’（由几个交易组成），他们近乎实时地被添加到该密钥区块中。用日常生活作为类比，这就像在购物车（密钥区块）上添加几个购物袋（微区块）后，再将完整的小车推到收银台（添加到区块链网络上）。这意味着可以在几秒钟内将交易添加到区块链中，唯一可能发生的延迟就是网络上的延迟。Waves将权益证明机制进行了升级，从而创建了Waves-NG协议，也是首次将比特币NG协议配置到开放公共的区块链当中。

对生态系统的进一步完善是通过“MassTransfers”实现的。它可以让最多100笔转账在单笔交易中执行，并降低了手续费用。一方面，MassTransfer为了平衡容量扩张和便利性，限制了每个MassTransfers中只能有100 txs，另一方面也限制了同时发送大量低成本交易的能力。如果需要进行更大量的转账交易，则可以按照顺序提交多个MassTransfers转账交易。

换句话说，用户可以简单地选择MassTransfer作为另一种“发送交易”的方式，该方式可以让他们在单个交易中最多添加100个收款人。此外，收款人的地址可以通过JSON提供或使用CSV文件上传，从而可以直接高效地进行大型空投或每周付款给将WAVES代币租给挖矿节点的用户。结合Waves-NG，MassTransfer功能可在网络上实现极高的吞吐率。

为了评估新协议的潜在吞吐量，许多压力测试都在Waves网络上实行。2018年10月，在MainNet上进行了一次大容量的压力测试。该测试表明公开的区块链协议（不仅仅是有限和受控的TestNet）可以在24小时内支持超过610万笔交易，平均每分钟4,200 txs或每秒71 txs，峰值吞吐量可达到每秒数百个交易。

总结

权益证明租赁(LPOS)可使无技术专业背景的普通用户帮助保护Waves网络，在控制WAVES代币的前提下，将WAVES租用到完整节点。同时，Waves-NG实现了高达100 TPS的吞吐量，这比许多区块链高出了一个数量级。由于不需要向矿工支付资金奖励，后者也不需要承担高电费和昂贵的硬件，所以交易的手续费用很低。

对于Waves来说，链上可扩展性一直是优先考虑的因素，但由于所需要的存储空间和带宽，任何区块链都可以通过这种方式进行扩展。Waves的开发人员认为，在进一步实现可扩展的解决方案前，可优化当前方案，并可实现支持高达1,000 TPS的交易能力。Waves目前正在探索涉及侧链的第二层扩展解决方案，该方案可支持在并行链上处理大量交易，并最终在Waves主网上实现保护。