摘 要

• 預期共識就是上帝擲飛鏢
• 預期共識的優點在于簡單，而且每一次選舉勝出者數量的平均數為1
• 但預期共識不能保證每次選舉的勝出者數量，這是其最大的問題
• 期待有更好的基于可驗證隨機函數的共識算法出現，設計者可獲得20萬美金獎賞

預期共識 就是 上帝擲飛鏢

為了不使此文顯得枯燥乏味，今天一上來先用最簡單的方式來解釋預期共識，保證高中生能夠看懂。

預期共識（EC：Expected Consensus）是一種 PoS （這里S可以理解為 Storage Service，及存儲服務的貢獻）的實現。目標是是的礦工出塊的權益與自己對存儲的貢獻成正比，也就是說，礦機被使用的存儲空間在整個網絡中的總使用空間中所占比例，就是此礦機能夠出塊的概率。這是大家都了解的，也認為這是非常公平，且對整個網絡起到良好促進作用的設計。

我在文章《讓上帝擲骰子 - 對共識機制的淺層分析》一文中對區塊鏈共識機制的要素和共同特點已經有過描述，這里不再重復，但是，要知道的是，無論什么共識機制，一定要具有公平性、不可預知性、可驗證性和可行性（不能太復雜）。預期共識，作為Filecoin目前采用的共識算法，是一種簡單的共識算法，基本符合上述要求。那么它是如何做到的呢？

這里我為了形象說明，不使用骰子這個比喻，而采用另一個方法：擲飛鏢。預期共識的每一輪出塊最重要的一個步驟就是選舉，這里的選舉實際上就是自己進行計算，其實不需要大家投票。按照擲飛鏢的來看，基本上分成以下幾個步驟：

每一個礦工面前有一個大飛鏢盤，面積與整個網絡的總算力相當（這是已知的），每個人都一樣；

每一個礦工的算力各有差異，僅占總算力的一小部分。每一個礦工的飛鏢盤上都有一塊材料是木頭的，面積與此礦工的算力相當；而其他部分都是金屬的；

但是飛鏢盤上面蒙上了一層紙，哪一部分是木頭的不知道，也就是說，只有上帝知道（這有系統的可驗證隨機函數確定，主要通過散列和簽名實現）

每一個礦工自由擲出飛鏢到飛鏢盤，命中木頭部分，上靶（勝出），否則，掉落（等待下一輪繼續）。

下一輪重復，但注意，木頭部分每一輪都會換地方，只有上帝知道換到了哪里。

每一輪上靶者稱為這一輪的 Leader，即選舉勝出者，有資格出塊。我們來看一下是否符合上面說到的幾個特點：

• 公平性：沒問題，算力大的礦工命中的機會大， 機會與算力成正比
• 不可預知性：只有上帝知道木頭材料分布在哪些地方，不能預知（實際上是利用hash算法的不可逆來實現的）
• 可驗證性：這個就涉及到VRF（可驗證隨機函數）的問題了。簡單地著，前面所謂的木頭部分在哪里，其實不是隨意的，而是通過密碼學算法確定的，只是這些密碼學算法的不可逆性，保證了對網絡來說的隨機性
• 可行性：預期共識僅僅需要每個礦工在本地計算就可以了，非常簡單，實現起來很容易，計算復雜度低。沒問題。

為什么還有人說不夠好

看了上文，是不是覺得這么棒的東西，太好了！但你要知道，協議實驗室對這個算法是不滿意的，只是在沒有新的更好的算法出來之前，考慮使用此算法。而且，協議實驗室懸賞20萬美金給更好的算法的提出者。那問題在哪里？

問題就在于，上面的每一個飛鏢盤都是獨立的，每個人的運氣也是獨立的。也就是說每個人命中的可能性也是獨立的。那是不是在每一輪中，有可能所有人都不上靶，一個人也選不出來；當然也有可能有好幾個人都上靶，這樣就會有好幾個人出塊了。再想一想，是不是存在這樣的概率所有人都上靶，理論上有，但如果人比較多，概率極低。

這就不是很理想了，因為有些輪沒有人出塊，交易（消息）的過程就會延長；如果有些輪有多個人出塊，這些塊中的消息信息基本上都是重復的，占用區塊空間，浪費。

所以呀，更好的算法當然是最好每輪都能出塊，而且每一輪都只有一個礦工上靶（具有出塊資格）。可以想象，這樣的算法當然需要整個網絡進行協調，進行真正的選舉，那這樣是不是復雜度提高了，是不是可行呢？目前有好些算法被提出來，可以查詢CoA， Snow White， AlgoRand等。但是，有些過于復雜，有些不適合Filecoin。

希望各位算法高手，看在獎金的份上，加油吧！

為什么叫預期共識？

回到一個傻傻的問題，為什么這個共識被稱為預期共識（Expected Consensus）。高中生一定還記得概率論中學過數學期望（Mathematical Expectation)。這里 Expectation 是 Expect 的名詞形式。也就是說一種期望，表明一種概率情況下的平均值。

再回到我們前面的擲飛鏢游戲，想像每一個礦工的算力加起來是不是等于總算力？在這種情況下，每一輪擲飛鏢的勝出者數量的數學期望值就是 1，即平均下來就是一個人中靶。

因為期望每一輪一個人中靶，而實際上預期共識算法僅實現平均下來一個人中靶，就叫它預期共識（Expected Consensus）吧。

真正的算法（前方高能）

具體可參見白皮書或相關文檔，這里簡單做一些解釋，歡迎探討。

如果一個礦工在一輪計算中下式成立，中靶，具有出塊資格。

不等式左邊：H 為不可逆hash函數（比如 SHA256）； L為 H 函數值的所占二進制的位數，這里保證了左邊是一個0%到100%之間的一個值；

H 函數內的 <t||rand(t)>是在第 t 輪的一個全網統一的隨機數，這個在第 t 輪才會公布。

不等式右邊：分子為第 t 輪本礦機所擁有的算力；分母為第 t 輪全網的總算力；當然整個式子就是本礦機在全網中算力的占比。

這個不等式就相當于，后邊是你飛鏢盤木質部分的占比，而左邊是你的運氣，如果人品不錯，就擊中了木質部分（中靶）

那么，如何保證每個礦工的木質部分位置隨機呢？就靠下面這個定義：

也就是對上面的隨機數進行簽名，而簽名函數本身是不可逆也是不可預知的，每個人都不同。這就只有上帝知道木質部分放到哪里了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的algorand共识协议_【Filecoin】理解预期共识 - 及它的优缺点的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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