原作者：polkaworld
原文連結：https://mp.weixin.qq.com/s/rzhpulvh5ixxjsunsoijuw
polkadot 區塊鏈將實施提名權益證明（npos）機制，這是一種相對較新的方案，用於選擇參與共識協議的驗證節點。在這篇文章中，我們會對 npos 做一個介紹，並對 web3 基金會的研究做一個回顧。我們還解釋了驗證節點被選中的特殊方式。那麼 npos 在波卡中是如何運作的呢？
驗證人和提名人
每天有幾次，系統會選擇出一組被成為驗證人的實體，他們在接下來的幾個小時內，將在高度敏感的協議中扮演關鍵角色，比如區塊的生產和最終驗證。他們的工作要求很高，因為他們需要執行成本高昂的操作，確保高通訊響應能力，並建立長期的可靠性聲譽。他們還必須將自己的 dots（ polkadot 的代幣）進行質押作為良好行為的保證，當他們偏離協議時，這個質押就會被懲罰掉。相反，當他們按規則行事時，他們會得到獎勵。任何完成任務的節點都可以公開地成為候選的驗證節點。但是，由於操作上的原因，最終只能選擇有限的驗證人，我們預計是數百或數千個。
該系統還鼓勵任何 dot 持有人作為提名人進行參與。提名人公佈了一份他信任的候選人名單，並把一定數量的 dot 進行質押來支援他們。如果這些候選人中的一些人被選為驗證人，他將按根據質押的數量佔比來得到相應的利益回報。與驗證人不同的是，提名人沒有數量的限制。只要提名人去選擇，並且只支援具有良好安全實踐的候選驗證人，那他的風險就很低，並且有持續的收入來源。polkadot 網路中還有其他一些特殊的角色，但我們只關注這兩個角色之間的關係。
npos 機制
這種提名人-驗證人的設計有非常強大的安全保證。它允許系統選擇總質押較大的驗證節點（遠遠高於任何一組人的 dot 持有量），並淘汰質押總數比較低的候選人。事實上，在任何一個特定的時刻，我們都希望有比較大的一部分 dot 被質押在 npos 中。這會使敵對的一些群體很難成為驗證節點（因為他們需要建立很強的聲譽才能獲得所需的支援），攻擊系統的成本也很高（因為任何攻擊都會導致大量的 dot 被削減）。
我們的 npos 方案比工作證明機制（pow）的效率高得多，比權益證明機制（pos）的速度快得多：它允許幾乎所有持有 dot 的參與者持續參與，從而保持高水平的安全性，同時限制驗證節點的數量，因此所有基本的網路操作都是高效的。
競選過程
有了提名人的投票，如何選出驗證人呢？與其他基於 pos 的，根據驗證人的質押數量來衡量投票比重的專案不同，polkadot 在共識協議中給被選出的驗證人同等的投票權。為了反映這一事實，提名人的股份應儘可能平均地分配給被選出的驗證人，同時仍尊重提名人的偏好。在 web3 基金會的研究團隊中，我們使用了從選舉理論到博弈論再到離散最佳化等工具，開發了一個高效的選舉過程，且具有公平代表性和安全性，並且將來可以應用於使用 npos 的任何區塊鏈。下面我們將結合一些例子來探討這些觀點。
公平代表性。19世紀末，瑞典數學家 lars edvard phragmén 提出了一種選舉瑞典議會議員的方法。他注意到，當時的選舉方法傾向於把所有席位都給最受歡迎的政黨；相反，他的新方法確保分配給每一政黨的席位數量與給它們的選票成比例，因此它給予了少數族裔更多的代表權。透過他的方法得到的屬性在形式上被稱為比例合理代表制（proportional justified representation），並且非常適合 npos 選舉，因為它確保任何節點池既不被選出的驗證人過度代表，也不被選出的驗證人過低代表，而是與它們的質押成比例的。我們的啟發建立在 phragmén 的想法之上，並確保每次選舉都具有這種性質。
這個例子代表了一個典型的選舉過程，左邊的提名人有不同數量的 stake（質押），並且透過線連線到右邊那些他們信任的候選驗證人（為了簡單起見，驗證者人在這個例子中沒有自己的 stake，儘管在真實場景中他們會 stake）。假設我們需要選擇 n=4 個驗證人，公平代表性的屬性大致可以轉化為一條規則，即任何持有總股份至少 1/n 的提名人都保證至少有一個他們信任的驗證人當選。由於總 stake 是 40 個 dot，其中四分之一是 10 個 dot，前兩個提名人保證由一個驗證人代表。在下面的圖片中，我們看到了三個可能的選舉結果：一個違反了公平代表性，兩個實現了公平代表性。
安全性。如果提名人得到兩個或多個其信任的驗證人被選，我們需要在他們之間分配提名人的股份，這樣驗證人的支援就儘可能平衡。回想一下，我們希望儘可能讓對手池難以獲得一個驗證人，他們只有得到足夠高的支援才能做到這一點。因此，我們將選舉結果的安全級別等同於被選驗證人的最小支援數量。對於最後兩個具有公平代表性的選舉結果，我們提供了 stake 分配，結果表明它們分別達到了 6 和 9 的安全級別。
右邊的選舉結果達到了更高的安全級別，顯然在將提名人的股份平均分給驗證人的方面做得更好。因此，npos 選舉過程的目標是提供一個達到公平代表性和儘可能高的安全水平的結果。這就產生了一個相當具有挑戰性的最佳化問題（即 np-complete），為此我們開發了在安全性和可擴充套件性上有很強保證的快速近似啟發式演算法。
原文：https://medium.com/web3foundation/how-nominated-proof-of-stake-will-work-in-polkadot-377d70c6bd43
