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

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

簡單為大家復習一下PoS共識項目的完整出塊過程

1. 團隊運行節點

2. 注冊成為驗證人

（過了基本門檻）

3. Staking過程

（持幣人委托給節點，或是團隊自由代幣進行Staking委托）

4. 選舉驗證人

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

5. 打包交易、廣播交易、驗證人確認一連串過程

6. 獲得獎勵

（獎勵是由節點與持幣人按照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進行Staking委托給喜歡的節點，節點代持幣人進行出塊并獲得獎勵，獎勵依照Staking比例進行分發。（Staking比例=持幣人參與Staking的Moon數量/所有參與Staking的Moon數量）。

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）

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量正相關造成富有節點更富有，代幣分配趨向中心化。

NPoS里最終獎勵結果不是依據Staking量，而是依據每個被選出節點確實出塊的工作量計算（白話來說就是不管節點擁有多少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，他認為大多數的人愿意參與到網路中，即使超過一定Staking量的節點不會獲得如預期那么多的收益，他們還是愿意貢獻

Polkadot究竟是怎么做到的呢？

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

非常詳細的文檔在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研究中有很多數學，如果發現我的邏輯錯誤請告訴我）

NPoS的共識算法歷史

NPoS參考了當時19世紀末，一個瑞典數學家Lars Edvard Phragmén提議的選舉方法，當時瑞典的國會席位都是被主流黨派占據，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系，小黨派能夠獲取過去沒有辦法獲得的席位，Polkadot團隊認為兩者在設計理念上有相似之處，改良后就是現在看到的NPoS。

NPoS的選舉人算法，我們都知道區塊鏈這個分布式系統是由眾多分散各地的節點（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，會限制一定數量的驗證人進行出塊，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

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點，公平代表最簡化是，每個持幣人對應到的節點至少有一個會被選出，加上現實條件（持幣狀況及系統要選出幾個節點）后有些節點會被淘汰，但盡可能保證擁有一定Staking權重的持幣人可以至少對應到一個節點。

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，最終系統會挑選出一組最合理的Committee（選舉人委員會）進行出塊，看起來很復雜很懵吧，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思考，最后再仔細看一次例子。

這是Medium上官方人員的舉例（我會協助大家更好的理解）

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

下面是選舉結果的舉例（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，因為圖中第一個持幣人擁有10Dot的權重， 相比第五個持幣人只有3Dot的權重，最終卻沒有對應到任何他支持的節點，不符合公平代表目標擁有一定Staking權重的持幣人至少對應到一個節點（在現在情況下，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，有些人可能會質疑為什么E節點選上了，而B節點沒有選上，這和接下來會舉例的重新分配算法相關，這邊簡單理解，圖中第二個持幣人同時支持了3個節點，系統只要保證他支持的節點至少有一個被選舉上就好（這邊他支持的節點有兩個選上，第二個持幣人所有Staking量將會被分配到這兩個節點上），同時保持第五個持幣人也有支持的節點E，對于Polkadot這樣的選舉結果是可能之一。

第三張圖

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

以下是上述兩個符合公平原則的選舉人委員會可能結果，確立選舉人委員會后系統還要經過Staking權重重新分配

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

以上就介紹完Polkadot的選舉算法了，上面的邏輯非常的繞，背后的數學更是復雜，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個節點，每個持幣人Staking權重都不同，同時又委托給多個節點，就會相當相當復雜，大家可以多思考幾遍，依照上面提到的三大目標，每一個目標都可以當作標準檢驗一遍，就能夠更明白。

NPoS這個選舉算法動態分配持幣人Staking權重，還基于一些規則挑選出最后的選上的節點，對現有的PoS生態中造成了一些不同

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

2. 在平衡staking量目標下，小且沒有資本的節點更有利，因為只要社區中越多人選擇它，在系統分配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節點）

3. 在平衡staking量目標下，大節點利潤相對被壓縮，大節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點，利潤更高，因為獎勵是依據被選上節點的工作量計算的，只要持幣人支持的小節點成功選上進行出塊，小節點上累積的Staking的權重沒有那么高，不同持幣人依據委托給小節點的Staking比例分獎勵，相對于委托給大節點，委托給小結點利潤更高（就想像每個節點都賺10塊錢，大節點需要和100個人分，小節點只需要和30個人分）

Polkadot到底想解決現有PoS什么問題

1. 一部分不可避免地中心化問題

2. 低手續費未來不會無限地吸引staking量，因為收益是看節點工作量

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

3. 持幣人可以通過挑選不同節點最大化自己利益，同時促進去中心化

（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點，同時也可以挑選一些小但是也挺靠譜節點，可以獲得更高收益率）

Polkadot在整個機制其實非常復雜，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，都需要專業人士投入大量精力區專研，這邊就不進行討論。