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央行数字货币研究所所长姚前:通证经济的激励和惩罚设计

2018-9-19 22:28

来源: 财经网 作者: 姚前

经济激励和惩罚为何重要:一个简单的博弈逻辑


传统上,解决“拜占庭将军问题”的算法是BFT(Byzantine Fault Tolerant)算法,其中最著名的是PBFT,该算法是基于消息传递的一致性算法,在弱同步网络下,算法经过三个阶段可以达成一致性。在无法达成一致时,这些阶段会重复进行,直到超时。

PBFT算法的优点是收敛速度快、节省资源、具有理论上的安全界(理论上允许不超过1/3的恶意节点存在,即总节点数为3k + 1,其中正常节点超过2k + 1个时,算法可以正常工作)。

缺点是随着参与共识节点的增加,通信开销会急剧上升,达成共识的速度则快速下降,难以支撑上万节点规模的分布式系统。尤其是,PBFT假设系统的所有节点是已知的,且节点参与共识首先要获得投票权,因此需要为节点的加入和退出过程设计额外的机制,这不仅增加了协议复杂度和实现难度,还不允许节点自由加入和退出,不符合加密经济的开放性要求。

区块链技术与BFT算法不同,它通过引入经济激励和惩罚机制,来解决“拜占庭将军问题”。下面通过简单的博弈例子来阐述其中的逻辑。

对于参与共识验证的参与者,存在两种策略是“协作”与“攻击”,选择“协作”即成为诚实者,选择“攻击”即成为攻击者。参与者权衡利弊后选择博弈策略。当参与者发现攻击的收益要高于协作时,参与者选择攻击,否则选择协作。

假定攻击没有成本,那么,如果大家都是攻击者,相当于“一拍而散”,双方收益均为负;如果有一方攻击,一方协作,则攻击者获利,协作者受损;如果大家都是协作者,则共赢,收益均为正。假定相应的收益矩阵为表1。对其求解,可以得到纳什均衡解:(协作,协作)和(攻击,攻击)。换言之,参与者可能协作,也可能攻击,因此系统存在安全隐患。

若在此基础上引入激励和惩罚,结果则会发生改变。激励机制是,系统给予协作者一个正向的激励,比如在表1,给予协作者三个单位的正向收益,那么表1的收益矩阵变为表2。此时求解得到的纳什均衡为(协作,协作),即参与者的最优策略均是协作,而不是选择攻击,从而消除了系统的攻击行为。

惩罚机制是,系统给予供给者一个负向的惩罚,即攻击须付出一定的成本,比如在表1,对攻击者施予三个单位的惩罚,那么表1的收益矩阵变为表3,得到的纳什均衡解为(协作,协作)。

可见,同激励机制一样,惩罚机制也消除了系统的攻击行为。毋庸置疑,若同时施加恰当的激励和惩罚机制,系统的安全性更能得到保障。


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