去年年底參加Polkadot在北京聚會后，就一直在期待官方關(guān)于Staking這塊的經(jīng)濟與治理計劃，雖然最終方案還沒有定下，但是Web3地研究文檔看起來相當(dāng)完整了，整個設(shè)計讓我有驚艷的感覺，看了很多以PoS為共識的項目，關(guān)于Staking經(jīng)濟的設(shè)計都不盡相同，新項目總會學(xué)習(xí)過往項目，這次Polkadot帶來的NPoS是具備相當(dāng)創(chuàng)新程度，且一定程度解決PoS的現(xiàn)有問題。

Polkadot可以寫的東西還很多，這篇文章將會主要環(huán)繞Staking部分與NPoS公式挑選驗證人節(jié)點的方法，這兩個方面與持幣人與節(jié)的收益有非常密切的關(guān)系。

簡單為大家復(fù)習(xí)一下PoS共識項目的完整出塊過程

1. 團隊運行節(jié)點

2. 注冊成為驗證人

（過了基本門檻）

3. Staking過程

（持幣人委托給節(jié)點，或是團隊自由代幣進(jìn)行Staking委托）

4. 選舉驗證人

（系統(tǒng)通過某種算法選出每一輪的出塊節(jié)點或是驗證節(jié)點，這篇文章細(xì)說的就是Polkadot的NPoS選舉算法）

5. 打包交易、廣播交易、驗證人確認(rèn)一連串過程

6. 獲得獎勵

（獎勵是由節(jié)點與持幣人按照Staking比例分配）

從持幣人的角度，更簡單理解PoS

持幣人擁有以PoS為共識的代幣Moon，將Moon進(jìn)行Staking委托給喜歡的節(jié)點，節(jié)點代持幣人進(jìn)行出塊并獲得獎勵，獎勵依照Staking比例進(jìn)行分發(fā)。（Staking比例=持幣人參與Staking的Moon數(shù)量/所有參與Staking的Moon數(shù)量）。

上面提到的是一般的PoS項目計算獎勵的做法（獎勵多寡與持幣人Staking量為正相關(guān)）

Polkadot提出了NPoS， 初衷是為了解決過去PoS運行后，遇到的問題，因為獎勵與Staking量正相關(guān)造成富有節(jié)點更富有，代幣分配趨向中心化。

NPoS里最終獎勵結(jié)果不是依據(jù)Staking量，而是依據(jù)每個被選出節(jié)點確實出塊的工作量計算（白話來說就是不管節(jié)點擁有多少Staking量，出一個塊或是驗證一個塊得到的獎勵是一樣的），NPoS將解決一部分大節(jié)點因為Staking量大獲得更多獎勵的問題，但同時也損害了一些大節(jié)點利益。

PS： 個人意見一般項目在初期不一定適合這樣的做法，這是一個博弈過程，Polkadot是一個明星項目，他認(rèn)為大多數(shù)的人愿意參與到網(wǎng)路中，即使超過一定Staking量的節(jié)點不會獲得如預(yù)期那么多的收益，他們還是愿意貢獻(xiàn)

Polkadot究竟是怎么做到的呢？

NPoS既然有別于傳統(tǒng)PoS項目，不是Staking權(quán)重越高出塊概率越高，我們就要詳細(xì)說明下NPoS選舉驗證人的算法。

非常詳細(xì)的文檔在Web3的研究中，另外有一篇medium文章“How Nominated Proof-of-Stake will work in Polkadot”，我參考了里面的舉例（Web 3研究中有很多數(shù)學(xué)，如果發(fā)現(xiàn)我的邏輯錯誤請告訴我）

NPoS的共識算法歷史

NPoS參考了當(dāng)時19世紀(jì)末，一個瑞典數(shù)學(xué)家Lars Edvard Phragmén提議的選舉方法，當(dāng)時瑞典的國會席位都是被主流黨派占據(jù)，通過他的算法能更公平的讓席位分配是和投票的比例有更高的聯(lián)系，小黨派能夠獲取過去沒有辦法獲得的席位，Polkadot團隊認(rèn)為兩者在設(shè)計理念上有相似之處，改良后就是現(xiàn)在看到的NPoS。

NPoS的選舉人算法，我們都知道區(qū)塊鏈這個分布式系統(tǒng)是由眾多分散各地的節(jié)點（驗證人）來維護，在PoS共識里大部分的鏈為了保證一定效率及安全下，會限制一定數(shù)量的驗證人進(jìn)行出塊，也就是沒有被選上的驗證人就只是備選出塊人，而NPoS就是從一群驗證人中選取出正式驗證人，Polkadot里把一群正式驗證人成為選舉人委員會（Committee）。

選舉人算法有三大客觀目標(biāo)

1. 平衡Balance

一旦選舉人委員會確定后，會將持幣人Nominators的Staking量盡可能平均分配給每個選上的選舉人Validators。

PS： 持幣人是可以選擇多個選舉人的，所以存在系統(tǒng)重新分配空間

2. 最大支持Support

選出一個選舉人委員會，委員會中的選舉人Validators收到的Staking量要盡可能貼近總持幣用戶Nominators的Staking量。

3. 公平代表FairRepresentation

選出一個選舉人委員會，其中持幣人Nominators的投票權(quán)不會被過度代表，也不會被低估代表。

PS： 持幣人可以選擇多個節(jié)點，公平代表最簡化是，每個持幣人對應(yīng)到的節(jié)點至少有一個會被選出，加上現(xiàn)實條件（持幣狀況及系統(tǒng)要選出幾個節(jié)點）后有些節(jié)點會被淘汰，但盡可能保證擁有一定Staking權(quán)重的持幣人可以至少對應(yīng)到一個節(jié)點。

基于這三大原則篩選出來的驗證人群（選舉人委員會）可能有多個，最終系統(tǒng)會挑選出一組最合理的Committee（選舉人委員會）進(jìn)行出塊，看起來很復(fù)雜很懵吧，我最開始也繞了很久，接下來會搭配下面持幣人選舉驗證人的例子，大家會更加清晰的理解，建議先快速看過這個例子，然后閱讀過程中搭配上面三個選舉人算法的客觀目標(biāo)思考，最后再仔細(xì)看一次例子。

這是Medium上官方人員的舉例（我會協(xié)助大家更好的理解）

假設(shè)有5個持幣人（左邊），5個節(jié)點（右邊），要從中選出4個節(jié)點進(jìn)行出塊，為了簡化模型先忽略節(jié)點自己擁有Staking量

下面是選舉結(jié)果的舉例（我一一為大家說明）

第一張圖（最左邊）

并不符合公平代表（FairRepresentation）的目標(biāo)，因為圖中第一個持幣人擁有10Dot的權(quán)重， 相比第五個持幣人只有3Dot的權(quán)重，最終卻沒有對應(yīng)到任何他支持的節(jié)點，不符合公平代表目標(biāo)擁有一定Staking權(quán)重的持幣人至少對應(yīng)到一個節(jié)點（在現(xiàn)在情況下，第一個持幣人是拿不到獎勵的）。

第二張圖

符合公平代表（FairRepresentation）的目標(biāo)，有些人可能會質(zhì)疑為什么E節(jié)點選上了，而B節(jié)點沒有選上，這和接下來會舉例的重新分配算法相關(guān)，這邊簡單理解，圖中第二個持幣人同時支持了3個節(jié)點，系統(tǒng)只要保證他支持的節(jié)點至少有一個被選舉上就好（這邊他支持的節(jié)點有兩個選上，第二個持幣人所有Staking量將會被分配到這兩個節(jié)點上），同時保持第五個持幣人也有支持的節(jié)點E，對于Polkadot這樣的選舉結(jié)果是可能之一。

第三張圖

符合公平代表（FairRepresentation）的目標(biāo)，有些人可能會質(zhì)疑這個與第二張圖產(chǎn)生矛盾，目標(biāo)是盡可能讓每個持幣人最少要有一個支持節(jié)點被選上，那第5個持幣人支持的節(jié)點沒有被選上，因為整個系統(tǒng)只需要選出4個節(jié)點，所以第五個Staking權(quán)重低的持幣人支持的節(jié)點沒有選上的結(jié)果是可能之一。

以下是上述兩個符合公平原則的選舉人委員會可能結(jié)果，確立選舉人委員會后系統(tǒng)還要經(jīng)過Staking權(quán)重重新分配

Polkadot系統(tǒng)會在每次從中選出一個更公平分配且具備安全性的結(jié)果，這個例子中選擇右邊因為它平均分配的更好，右邊的節(jié)點中平均最低都擁有了9的Staking權(quán)重。

以上就介紹完P(guān)olkadot的選舉算法了，上面的邏輯非常的繞，背后的數(shù)學(xué)更是復(fù)雜，官方的舉例是在一個簡單的情況下，真實情況如果放大到100個節(jié)點，每個持幣人Staking權(quán)重都不同，同時又委托給多個節(jié)點，就會相當(dāng)相當(dāng)復(fù)雜，大家可以多思考幾遍，依照上面提到的三大目標(biāo)，每一個目標(biāo)都可以當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)檢驗一遍，就能夠更明白。

NPoS這個選舉算法動態(tài)分配持幣人Staking權(quán)重，還基于一些規(guī)則挑選出最后的選上的節(jié)點，對現(xiàn)有的PoS生態(tài)中造成了一些不同

1. 在持幣人可以選擇多個節(jié)點下，大節(jié)點不努力爭取社區(qū)支持，也有機會在算法下被排除在外（如圖二中間B節(jié)點）

2. 在平衡staking量目標(biāo)下，小且沒有資本的節(jié)點更有利，因為只要社區(qū)中越多人選擇它，在系統(tǒng)分配Staking量的機制下，選上出塊可以獲得獎勵概率更高（如圖二右邊D節(jié)點）

3. 在平衡staking量目標(biāo)下，大節(jié)點利潤相對被壓縮，大節(jié)點需要思考是否將自己的幣委托出去，能獲得更多利潤

4. 持幣人更有動機去選擇小節(jié)點，利潤更高，因為獎勵是依據(jù)被選上節(jié)點的工作量計算的，只要持幣人支持的小節(jié)點成功選上進(jìn)行出塊，小節(jié)點上累積的Staking的權(quán)重沒有那么高，不同持幣人依據(jù)委托給小節(jié)點的Staking比例分獎勵，相對于委托給大節(jié)點，委托給小結(jié)點利潤更高（就想像每個節(jié)點都賺10塊錢，大節(jié)點需要和100個人分，小節(jié)點只需要和30個人分）

Polkadot到底想解決現(xiàn)有PoS什么問題

1. 一部分不可避免地中心化問題

2. 低手續(xù)費未來不會無限地吸引staking量，因為收益是看節(jié)點工作量

（現(xiàn)在Cosmos上就出現(xiàn)0手續(xù)費節(jié)點吸引大量持幣人委托，在Polkadot里這樣高Staking權(quán) 重的節(jié)點與普通Staking權(quán)重的節(jié)點獲得的收益是一樣的）

3. 持幣人可以通過挑選不同節(jié)點最大化自己利益，同時促進(jìn)去中心化

（對于持幣人就可以有多種委托策略，我可以挑選安全可靠的節(jié)點，同時也可以挑選一些小但是也挺靠譜節(jié)點，可以獲得更高收益率）

Polkadot在整個機制其實非常復(fù)雜，我可能也有漏掉的地方，怎么攻擊這樣的機制，包掛選舉算法到底有沒有漏洞可以鉆，都需要專業(yè)人士投入大量精力區(qū)專研，這邊就不進(jìn)行討論。