¿Cómo funciona el mecanismo NPoS de Polkadot?

La cadena de bloques de Polkadot implementará la prueba de participación nominada (NPoS), un esquema relativamente nuevo para seleccionar validadores para participar en un protocolo de consenso. En esta publicación, brindamos una introducción a NPoS y una revisión de la investigación de Web3 Foundation. También explicamos la forma especial en que se eligen los validadores. Entonces, ¿cómo funciona NPoS en Polkadot?

Validadores y Nominadores

Varias veces al día, el sistema selecciona un grupo de entidades conocidas como validadores que, durante las próximas horas, jugarán roles clave en protocolos altamente sensibles, como la producción de bloques y la validación final. Sus trabajos son exigentes, ya que necesitan ejecutar operaciones costosas, garantizar una alta capacidad de respuesta de comunicación y construir una reputación de confiabilidad a largo plazo. También tienen que apostar sus DOTs (tokens de Polkadot) como garantía de buen comportamiento, y esta apuesta es penalizada cuando se desvían del protocolo. En cambio, son recompensados ​​cuando siguen las reglas. Cualquier nodo que complete la tarea puede convertirse públicamente en un candidato a validador. Sin embargo, por razones operativas, solo se seleccionará un número limitado de validadores, esperamos cientos o miles.

El sistema también alienta a cualquier titular de DOT a participar como nominador. Un nominador publica una lista de candidatos en los que confía y apuesta una cierta cantidad de DOT para apoyarlos. Si algunos de estos candidatos son seleccionados como validadores, obtendrá la devolución de intereses correspondiente a la proporción del monto comprometido. A diferencia de los validadores, no hay límite para el número de nominadores. Siempre que el nominador elija y solo apoye a validadores candidatos con buenas prácticas de seguridad, su riesgo es bajo y tiene una fuente de ingresos continua. Hay algunos otros roles especiales en la red de Polkadot, pero solo nos enfocamos en la relación entre estos dos roles.

Mecanismo NPoS

Este diseño de nominador-validador tiene garantías de seguridad muy fuertes. Permite que el sistema seleccione validadores con grandes apuestas totales (mucho más altas que las participaciones DOT de cualquier grupo de personas) y elimine candidatos con bajas apuestas totales. De hecho, en cualquier momento, esperamos que una parte relativamente grande de DOT se comprometa en NPoS. Esto dificultaría que los grupos hostiles se conviertan en validadores (ya que necesitarían construir una reputación sólida para obtener el apoyo que necesitan), y sería costoso atacar el sistema (ya que cualquier ataque resultaría en una reducción significativa de DOT) .

Nuestro esquema NPoS es mucho más eficiente que la Prueba de trabajo (PoW) y más rápido que la Prueba de participación (PoS): permite que casi todos los participantes que tienen DOT participen continuamente, manteniendo así un alto nivel de seguridad, mientras limita el número de nodos de validación para que todas las operaciones básicas de la red sean eficientes.

El proceso de elección

Con el voto del nominador, ¿cómo seleccionar al validador? A diferencia de otros proyectos basados ​​en PoS que miden el peso de los votos en función de la cantidad de validadores comprometidos, Polkadot otorga a los validadores seleccionados los mismos derechos de voto en el protocolo de consenso. Para reflejar este hecho, la participación de un nominador debe distribuirse de la manera más uniforme posible entre los validadores elegidos, respetando al mismo tiempo las preferencias del nominador. En el equipo de investigación de Web3 Foundation, hemos utilizado herramientas que van desde la teoría de elecciones hasta la teoría de juegos y la optimización discreta para desarrollar un proceso de elección eficiente que sea justo, representativo y seguro, y que pueda aplicarse en el futuro a las redes que usan NPoS. cadena de bloques A continuación exploraremos estos puntos con algunos ejemplos.

representación justa. A fines del siglo XIX, el matemático sueco Lars Edvard Phragmén propuso un método para elegir a los miembros del parlamento sueco. Señaló que los métodos electorales de la época tendían a otorgar todos los escaños al partido más popular; en cambio, su nuevo método aseguraba que el número de escaños asignados a cada partido fuera proporcional a los votos otorgados, por lo que otorgaba a las minorías una mayor representación de Grupos étnicos. La propiedad obtenida por su método se conoce formalmente como representación justificada proporcional y es muy adecuada para las elecciones de NPoS, ya que garantiza que ningún grupo de nodos esté sobrerrepresentado por validadores elegidos ni que los validadores elegidos estén subrepresentados, sino proporcional a su participación. Nuestra inspiración se basa en las ideas de Phragmén y asegura que cada elección sea de esa naturaleza.

Este ejemplo representa un proceso electoral típico, con los nominadores de la izquierda que tienen cantidades variables de participación y conectados por cables a los candidatos validadores de la derecha en los que confían (para simplificar, los validadores en este ejemplo no tienen su propia participación, aunque en realidad escenarios que apostarían). Suponiendo que necesitamos seleccionar n = 4 validadores, la propiedad de representación justa se traduce aproximadamente en una regla que garantiza que cualquier nominador que posea al menos 1/n de la participación total tenga al menos un validador de confianza elegido. Dado que la apuesta total es de 40 DOT, una cuarta parte de los cuales son 10 DOT, se garantiza que los dos primeros nominadores estarán representados por un validador. En la imagen a continuación, vemos tres posibles resultados electorales: uno que viola la representación justa y dos que logran una representación justa.

seguridad. Si un nominador es elegido por dos o más de sus validadores de confianza, debemos dividir la participación del nominador entre ellos para que el apoyo del validador sea lo más equilibrado posible. Recuerde que queremos que sea lo más difícil posible para un grupo de adversarios adquirir un validador, solo pueden hacerlo si tienen un apoyo lo suficientemente alto. Por lo tanto, equiparamos el nivel de seguridad de los resultados electorales con el número mínimo de apoyo de los validadores seleccionados. Para los últimos dos resultados electorales que son bastante representativos, proporcionamos distribuciones de participación que muestran que alcanzan niveles de seguridad de 6 y 9, respectivamente.             

El resultado de la elección a la derecha logra un mayor nivel de seguridad y claramente hace un mejor trabajo al distribuir equitativamente las apuestas de los nominadores a los validadores. Por lo tanto, el objetivo del proceso de elección de NPoS es brindar un resultado que logre una representación justa y el nivel de seguridad más alto posible. Esto crea un problema de optimización bastante desafiante (es decir, NP-completo), para el cual desarrollamos heurísticas de aproximación rápida con fuertes garantías de seguridad y escalabilidad.

Estamos entusiasmados con los desarrollos tecnológicos propuestos por Polkadot, así como con las posibilidades que presenta NPoS y otros esquemas eficientes que se están desarrollando en el espacio blockchain. Puede obtener más información en la página de investigación de Web3 Foundation y en la wiki de Polkadot. Para seguir los desarrollos de Polkadot, siga a Polkadot en Twitter y únase al boletín.

Original: https://medium.com/web3foundation/how- named-proof-of-stake-will-work-in-polkadot-377d70c6bd43

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