《读懂区块链PoS共识》第十章 PoS项目例子--Cardano.md

Cardano

1.1.项目介绍

卡尔达诺（Cardano）是一个智能合约平台，官网对其的介绍是

卡尔达诺是一个分散且公开的区块链，也是ㄧ个加密货币项目，而且是完全开源的。卡尔达诺正在开发一个智能合约平台，旨在提供比以前开发的任何协议更先进的功能。它是第一个从科学哲学和以研究为首驱使导向，进而演变而来的区块链平台。开发团队由全球专业工程师和研究人员组成。

简单来说卡尔达诺（Cardano）和以太坊一样，是一个智能合约平台，是一群由科学家带领的项目，其对于共识、算法、合约、激励等区块链功能的严谨性是空前的，基本上只要是主要的算法都有论文支撑，而论文的背后则是数个科学家的研究结晶。

通过对卡尔达诺的研究中可以发现，该项目用了大量数学方法来解决PoS中遇到的问题，而且验证极其严谨，同样的问题在其他项目中可能是通过人为规则来进行约束的，相对来看，卡尔达诺可能是最具有科学哲学精神的项目，但这也意味着这个项目如果想从研究成果到现实实现，需要不少的时间。

Cardano是2016年的项目，作为一个智能合约平台，它面对的对手同样是以太坊， 还有比它还要早期一点的Tezos。当然，还有无数的后起之秀。特别在2019年大量公链项目上线主网的情况下，智能合约平台面临的竞争都是空前的。

我们来看看开发Cardano的团队。Cardano由3家公司/团队在主导，IOHK，Emurgo和Cardano基金会。IOHK主要负责技术开发，Emurgo负责项目推广，基金会负责监督进展，?我在下面主要讲到的Cardano主要是IOHK负责主导的技术开发，其他两个公司/团队的进展不会涉及。IOHK里面集合了大量的博士，教授以及科学家，它的CEO是Charles Hoskineson，也是大名鼎鼎的区块链先驱，先后从事过比特股（Bitshares），以太坊（Ethereum）的开发工作，和Daniel Lamier（BM）和Vitalik Bertain都有过交集，现在主导Cardano的技术开发。

中国社区喜欢把Charles Hoskineson称为老查，老查很喜欢社交媒体，现在基本成为了Cardano的封面人物，经常会在推特上看到他的发言，是个很极客的人。

1.2.代币情况

Cadano的代币符号为ADA，总量450亿，已经发行311亿，剩余138亿左右会在铸币的过程中产生。对于ADA的持有者来说，整个社区有一个国库，整个国库有一部分未铸币的币和手续费贡献一起形成，国库用于后续的社区的可持续运营。

在已经发行的311亿ADA中，初始一部分分发给了Cardano团队（3家）20%，其他是用众筹的方式来发行的，众筹分4期，都在亚洲区域内募资，从日本启募，随后在韩国，中国，越南，菲律宾等亚洲国家都有进行募资。4期募资后，总体持币人数以日本人最多，持币人有9402个，占总量94.8%，中国持币人有158个，占总量1.38%（后二级市场上的买卖应该打乱这种分布形式，但总的来说应该还是以日本持有量居多）。

而剩余的138亿ADA会议奖励的方式发放给Staking的持币人，维护整个网络的可持续发展。奖励以每一年存量的5%的方式分发，比如第一年是6.9亿（138亿的5%)，第二年是0.395亿（6.9亿的5%）。

1.3.发展路线（Roadmap）

2017年10月，Cardano上线了主网，该主网并未实现理想中的全部功能，只实现了基本功能，如转账，默认委托等，目前可以在[浏览器](https://cardanoexplorer.com/? hstc=266014672.8c0b33d6011f67d7470de470172d5597.1545361143825.1546686322927.1546745199193.6& hssc=266014672.1.1546745199193&__hsfp=1099699878)下查看出块数据和交易数据，该网络被称之为测试网阶段。

Cardano的网络分3个节点启动，分别是测试网阶段，引导阶段和奖励阶段。测试网阶段，也就是现在的阶段，引导阶段是过渡阶段，为了防止PoS共识启动时，大量币无法Staking，导致网络网络的安全问题。引导阶段结束后，就会过渡到奖励阶段，也就是我们所说的PoS共识阶段——一个真正由社区运营维护的去中心化的网络（目前的节点都是有官方的团队来维护的，是一个完全中心化的网络），奖励网络的第一个版本会在2019年的Q1上线。

Cardano是目前我看到最多个测试网的项目，每个功能都在专门的测试网上测试，比如智能合约，比如PoS共识等等，一共有5个，分别是：

• Byron ：目前Cardano主网的测试网

• Shelley ：包含委托，矿池等保证主网去中心化功能的测试网

• Goguon ：智能合约测试网

• Basho ： 旨在提高性能的测试网

• Voltaire ：旨在实施链上治理的测试网

目前运行的网络是Byron，使用的PoS算法是Ouroboros，预计2019年Q1 Shelley会上线，该网络使用的PoS共识是Ouroboros的升级版本Ouroboros Praos。而其他测试网正式上线的时间还没有公布。

为什么会有这么多的测试网，这和卡尔达诺的设计哲学有关系。主链只充当结算作用，只支持极少的功能，如ADA的存储和交易，而其他的治理、智能合约，性能侧链都是在其上层来搭建的。以此来保持足够的简单来达到安全，这也是为什么卡尔达诺的主网叫做是卡尔达诺结算层的原因了（Cardano Settlement Layer，CSL）

1.4.设计哲学

上面说到了，Cardano的设计是基于论文的，所以该项目充分考虑到了架构设计的问题。从设计哲学上来说，卡尔达诺的设计哲学满足4个重要指标

• Sustainability 持续性

• Interoperability 互通性

• Scalability 可扩展性

• Upgradability 可升级性

Sustainability指的是一个区块链项目可以在去中心化的社区组织下，要"存活"足够长的时间，而Cardano的PoS设计就是用来满足此项目标的，Ouroboros不需要消耗能源，持币人可以维护整个网络稳定，以此来使得Cardano成为主流。

互通性，可扩展性和可升级性由Cardano的侧链系统来完成，侧链系统可以和主链产生互通性，同时支持足够的灵活性、可升级性和可扩展性，保持主链足够简单，安全。主链的功能及其有限，大部分功能有侧链来完成，主要的智能合约都在侧链来完成。

1.5.运行

目前主网已启动，运行的PoS算法是Ouroboros，在Shelley上线后，算法升级为Ouroboros Praos。Shelley启动后，持币人通过Staking来参与整个网络的运行。为了是整个网络计算更加高效（如Coin Tossing之间的交互），Cardao为Staking设置了一定的门槛，即允许矿池的出现，接受持币人委托，来维护整个网络的运行，每个矿池的门槛是2%的持币量（2%还未确定）。理想情况下，100个矿池是合适的。当然，这些参数都不是定死的，目前这些参数还未确定，主网启动时，可以写在创世区块中，后期可以修改。

1.6.性能

目前，Cardano的每个Slot之间的时间间隔是20s，主链吞吐量（TPS）未知，侧链性能还在测试网当中，也还未确定TPS。

主链的吞吐量较低，因为在Ouroboros的共识当中，一个Slot一个块，每个Slot需要选举一名出块人，随机选出出块人依赖于每轮周期随机种子的计算，该种子的计算由多轮数据交换产生（此种计算叫多方计算MPC--Multi Party Computation）。如果在Cardano中的出块候选人非常多，这种计算会呈现指数级的增长，这样会延迟性能，所以我们看到在Cardano中，出块候选人假设的合理区间是100个左右，这应该是性能和去中心化两者之间的一个平衡值。

当然，在Cardano的性能方案当中，侧链才是最重要提高性能的方式，主链只作为保证安全的结算层。

1.7.激励

目前Cardano的总体代币上线是450亿，目前已经分发出去大部分，剩余133亿ADA作为激励池总资金，每年以激励池剩余量的5%作为当年出块人激励总量。预计从2019年Q2开始，ADA的激励总量为7亿，到2020年Q1开始，则是6.65千万，以此类推。

和大部分PoS共识公有链一样，Cardano同样遵循PoS前期激励需要足够大的原则。

我在写这篇文章是，Cadano新一版本的结算层网络Shelly还没有上线，所以具体的激励机制并未明确，目前能基本确定的有以下3种

• 出块：指出块人在确定高度是出块，打包交易

• 投票：指出块人投票更新系统

• MPC：指出块人参与MPC计算

其中，大部分的激励会集中在出块上，但一个块的激励具体是多少ADA，Staking的奖励，Staking的锁仓时间等等，目前也并没有能明确。

1.8.惩罚

Cadano没有抵押和惩罚机制，对于PoS出现的问题（比如Nothing at Stake，分叉等，在第9章节中已经具体讲PoS的所有问题及各个PoS链对应的解决办法），全都由共识解决了，准确来说，是用共识中的数学机制来保证了。

如果一定要说惩罚，那么Cardano的惩罚和Bitcoin的方式很像，那就是丢失了你本应该获得的奖励。由于Cardano没有抵押金-Slash的机制，所以不诚实的出块人有不良行为时，也不会被扣除抵押金，因为无抵押金可扣。转而代替的是扣除你应该获得的出块的权利，这样本应该属于你的出块奖励也拿不到了。

1.9.出块人

Cardano中的出块人相当于Bitcoin中的矿工，只不过职责略微不同。Cardano把物理时间分为周期，每个周期有多个槽，每个槽对应一个块（Block），每个块对应有一个出块人（Slot leader），想要成为Cardano中的出块人，持币人需要直接声明（Staking）或者通过委托（Delegate）方式成为准验证候选人，准验证候选人的持币量还需要大于2%才能成为真正的候选人（这里的2%候选人持币量占整体币量的比例，目前未确定具体的数值）成为真正的候选人后，系统会通过选举的算法来选出每个周期（Epoch）每个槽（Slot）的出块人（Slot leader）。

通常在本周期内的选举会决定下一个周期的出块人，Cardano的算法当中，一个周期分为3个部分，第一部分为所有出块人随机种子的提交期，第二部分为出块人披露种子的披露期，第三部分是出块人用种子披露的方法来恢复统一种子的恢复期。3个部分决定了随机种子生成，该随机种子会用于下个周期的出块人选举。所以在此周期结束的时候，我们就能知道下一个周期的出块人了。

每个槽对应的块可以为空，但是整个周期内，必须有大于50%+1的块被生成出来。如何保证必须有50%+1的块被生产出来呢？Cadano相信大部分人是诚实的，所以每个周期里面，必然会有超过50%+1个块被生产出来。当然，如果出块人（Slot leader）在该出块的时候掉线，或者没有把随机种子披露，那么他在下个周期（Epoch）开始时，将不会有参与选举的权利，直到下下个周期的时候才能再次参与。这样的惩罚机制也会保证整个网络的顺利进行。

出块人负责生成新的区块，验证交易并打包交易到新的区块当中去，参与投票，随机种子的多方计算等，这些工作完全后会获得系统的奖励。接受委托的出块人需要自己制定委托手续费，后将奖励按比例分给委托用户，以此一起奖励参与网络维护的委托人。

1.10.持币人

Cardano中的委托人是那些无法自成为出块人的持币人，这些持币人可能因为持币量门槛，或是没有技能，时间等，无法自己来成为一个出块人，他们可以选中将自己的权利授权给出块人，让出块人代表自己的权利来维护系统，从而获得奖励。

而委托人参与到维护系统中来也是因为Cardano本身的激励。Cadano系统会对Staking的持币人（无论是委托的Staking还是自身的Staking）以ADA的代币作为激励手段，只要是满足激励手段的都会得到按比例的激励。

假如你有1%持币量，那么你将会获得系统激励池中1%的代币激励机会，只要你顺利完成了规定的动作，那么你将会获得这1%激励里面的绝大多数。当然，如果是委托的Staking，少部分费用需要支付给代理人。

1.11.链上治理

有一个[视频](https://cardanoroadmap.com/? hstc=266014672.8c0b33d6011f67d7470de470172d5597.1545361143825.1546669930930.1546673403148.4& hssc=266014672.5.1546673403148&__hsfp=1099699878#Cardano%20whiteboard;%20Treasuries,%20with%20Bingsheng%20Zhang,%20Ph.D.%20Lecturer)很好的讲解了Cardano的链上治理

Cardano的链上治理称为是流动性的民主权（Liquid Democracy），相对的是现实世界中直接的民主权（Direct Democracy）。现实世界中，民主决议通常是通过投票来决定的，由于投票的群体过大，有了代表的出现，代表替代群体对提议进行表决，所有的流程都有中心化机构来处理，包括结果执行，这是中心化的处理方式。

在去中心化的世界里面，Cardano想要让民主变得更灵活，同时让投票的结果更加理想（群体的投票只会使投票结果趋于中庸），持币人为Cardano里面最小投票单位（需要达到一定的持币量门槛），任何人都可以发起提议，在任何提议中，任何人都可以声明成为这个提议的投票人/专家/，并可以通过社交媒体获得代理投票权。同时Cardano支持代理投票权的多层转移，利用人际网络关系，找到最合适的投票人，共同将最合适的投票结果投出来。

Cardano为了激励整个系统的投票率，留有一个奖励池作为激励。同时为了整个投票结果更加完善，Cadano把投票人群进行区分，变成专家和投票人，并且支持投票人将投票权代理给专家。任何人都可以声明成为这两种人，并可在社交网络上为自身专业性进行背书，投票人或者专家都可以按投票权重（Voting Power）获得激励。

投票人是自己直接投票的人，专家指可以接受委托投票权的人，投票委员是促使整个投票过程，结果到执行的监督人。委员会的选举和出块人的选举类似，都是按照持币量的比例来随机选出。

Cardano的激励体系，奖金池会给投票人、专家和投票委员给与奖励，如果其支持的项目被最终获得资助，那么对应的投票人也会获得奖励。奖励的大小按照投票时候的存款（Deposit）比例来分配。投票直接投票可以获得奖励，专家通过帮助委托投票人投票也可以获得奖励，这样投票变得更加灵活。

整个投票分为3个阶段

• 投票准备阶段：准备阶段中，可以接受提议，注册成为投票人或者专家，选举委员会成员等

• 投票阶段：投票人可以直接投票也可以委托给专家投票，所有投票分为赞同，反对和中立

• 公布结果阶段：由选举委员会将投票结果公布，并监督执行

3个阶段持续一定的时间，比如1个星期，结束时，按照系统奖金池中的资金情况，决定当期的资助项目，项目按照表决通过率从高到低排序，系统依次资助从高到低的项目，当系统资金不足时，会出现投赞同票大于投反对票的项目也不会得到资助。

截止我写着本书时，Cardano并为完成实现这个项目的链上治理，以上的所有描述都基于当前的论文。

1.12.问题

目前Cardano的问题比较公开，很多投资人也比较心知肚明。

• 科学化的严谨，开发进展太慢

• 大户严重的问题

• 基金会丑闻（拿钱不办事）

科学化的严谨，即是好处也是坏处。而关于ADA筹码集中的问题，社区曾经深刻讨论过这个问题，但似乎没有太好的办法。还有一个就是2018年底闹的沸沸扬扬的基金会拿钱不办事的事情，目前的进展已经通过社区请愿罢免了基金会主席，事情也算告一段落，但印象中，但凡基金会的钱一多，就会变得好吃懒做，这也是目前很多区块链项目基金会的通病了。

1.13.未来

Cardano算是整个区块链世界的一股清流，学术成风，严谨的科研态度值得被人们尊敬。很多研究成果被其他项目应用，并很好的促进了整个区块链世界的发展。这是优势，同样这也是问题，学术-研究-论文-测试-落地的模式，可能在速度上并不是很好的能被这个世界所接纳。

浮躁的区块链世界里面，并不一定能给Cardano留下充足的发展时间，反倒那些带有狼性，进展顺利的项目很可能会异军突起，在前沿获得关注，同时获得大量的投资者认同。投资者认同这件事很重要，因为这会保证背后主导的团队有足够充足的资金来发展，这个对于项目采用，项目进入有非常大的主推作用。

Cardano还是有独树一帜的一面，希望能再加快一下脚步，早上上线所有的测试网功能。