共识算法POS原理及实现

POS简介

POS：Proof of Stake，股权证明
类似于财产储存在银行，这种模式会根据你持有数字货币的量和时间，分配给你相应的利息。
简单来说，就是一个根据你持有货币的量和时间，给你发利息的一个制度，在股权证明POS模式下，有一个名词叫币龄，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000，这个时候，如果你发现了一个POS区块，你的币龄就会被清空为0。你每被清空365币龄，你将会从区块中获得0.05个币的利息(假定利息可理解为年利率5%)，那么在这个案例中，利息 = 3000 * 5% / 365 = 0.41个币，这下就很有意思了，持币有利息。以太坊就是采用POS共识算法。

算法具体实现原理

每个旷工都有出块(即挖矿)的权力，只要出块成功，就有系统给出的奖励，这里不需要通过复杂的计算来挖矿，问题只在于谁来出块，股权越大，出块的概率就越大，反之，则相反。POS有很多变种，股权可以是持有币的数量，或者支付的数量等等。

代码简单实现其原理

package main

import (
    "time"
    "strconv"
    "crypto/sha256"
    "math/rand"
    "fmt"
    "encoding/hex"
)

//实现pos挖矿的原理

type Block struct {
    Index int
    Data string //
    PreHash string
    Hash string
    Timestamp string
    //记录挖矿节点
    Validator *Node

}

func genesisBlock() Block  {

    var genesBlock  = Block{0, "Genesis block","","",time.Now().String(),&Node{0, 0, "dd"}}
    genesBlock.Hash = hex.EncodeToString(BlockHash(&genesBlock))
    return genesBlock
}

func BlockHash(block *Block) []byte  {
    record := strconv.Itoa(block.Index) + block.Data + block.PreHash + block.Timestamp + block.Validator.Address
    h := sha256.New()
    h.Write([]byte(record))
    hashed := h.Sum(nil)

    return hashed
}

//创建全节点类型
type Node struct {
    Tokens int //持币数量
    Days int //持币时间
    Address string //地址
}


//创建5个节点
//算法的实现要满足 持币越多的节点越容易出块
var nodes = make([]Node, 5)
//存放节点的地址
var addr = make([]*Node, 15)


func InitNodes()  {

    nodes[0] = Node{1, 1, "0x12341"}
    nodes[1] = Node{2, 1, "0x12342"}
    nodes[2] = Node{3, 1, "0x12343"}
    nodes[3] = Node{4, 1, "0x12344"}
    nodes[4] = Node{5, 1, "0x12345"}

    cnt :=0
    for i:=0;i<5;i++ {
        for j:=0;j<nodes[i].Tokens * nodes[i].Days;j++{
            addr[cnt] = &nodes[i]
            cnt++
        }
    }

}

//采用Pos共识算法进行挖矿
func CreateNewBlock(lastBlock *Block, data string) Block{

    var newBlock Block
    newBlock.Index = lastBlock.Index + 1
    newBlock.Timestamp = time.Now().String()
    newBlock.PreHash = lastBlock.Hash
    newBlock.Data = data


    //通过pos计算由那个村民挖矿
    //设置随机种子
    rand.Seed(time.Now().Unix())
    //[0,15)产生0-15的随机值
    var rd =rand.Intn(15)

    //选出挖矿的旷工
    node := addr[rd]
    //设置当前区块挖矿地址为旷工
    newBlock.Validator = node
    //简单模拟 挖矿所得奖励
    node.Tokens += 1
    newBlock.Hash = hex.EncodeToString(BlockHash(&newBlock))
    return newBlock
}

func main()  {

    InitNodes()

    //创建创世区块
    var genesisBlock = genesisBlock()

    //创建新区快
    var newBlock = CreateNewBlock(&genesisBlock, "new block")

    //打印新区快信息
    fmt.Println(newBlock)
    fmt.Println(newBlock.Validator.Address)
    fmt.Println(newBlock.Validator.Tokens)

}

输出

{1 new block 72e8838ad3bb761c7d3ba42c4e6bad86409dd3f4ce958c890409c4b9ddf44171 e4f9575cfb14ee146810862c9e5cc78ebff185f5888f428dbb945bd9060b31f7 2018-06-29 19:29:04.827332898 +0800 CST m=+0.000837770 0xc42007e0a0}
0x12341
2