Ouroboros 是 Cardano 区块链使用的权益证明（Proof-of-Stake，PoS）共识协议。它由 IOHK（Input Output Hong Kong，Cardano 的开发公司）的首席科学家 Aggelos Kiayias 教授领导的团队开发，并经过了同行评审。Ouroboros 的目标是提供安全、可扩展和可持续的区块链共识机制。

Ouroboros 的特点

• 权益证明（PoS）： 与比特币的工作量证明（PoW）不同，Ouroboros 使用 PoS 机制。在 PoS 中，验证者（也称为权益池运营者）根据其持有的 ADA 代币数量（即“权益”）被选中来生成区块。这使得 Ouroboros 比 PoW 更节能、更环保。
• 可证明的安全性： Ouroboros 是第一个经过同行评审并具有可证明安全性的 PoS 协议。这意味着其安全性得到了数学证明的支持。
• 随机性： Ouroboros 使用一种安全、可验证的随机数生成机制来选择区块生产者，这防止了攻击者预测或操纵区块生产过程。
• 激励机制： Ouroboros 设计了一个激励机制，鼓励权益池运营者诚实行为，并奖励参与共识的用户。
• 委托： ADA 持有者可以将他们的权益委托给权益池，参与共识并获得奖励，而无需自己运行节点。
• 可扩展性： Ouroboros 的设计目标是实现高吞吐量和低延迟，并通过后续的升级（如 Ouroboros Leios）进一步提高可扩展性。

Ouroboros 的版本

Ouroboros 协议已经经历了多个版本的演进：

• Ouroboros Classic： 最初的版本，实现了基本的 PoS 功能。
• Ouroboros BFT： 一个过渡版本，引入了拜占庭容错（BFT）特性。
• Ouroboros Praos： 引入了私有领导者选举和更高的安全性。
• Ouroboros Genesis： 允许新节点从创世区块开始安全地加入网络，而无需可信的检查点。
• Ouroboros Chronos： 移除对全局时间同步的依赖，使其更能抵抗时间操纵攻击。
• Ouroboros Leios： 最新提出的版本，旨在通过输入背书（Input Endorsers）技术显著提高 Cardano 的吞吐量和可扩展性。

Ouroboros Leios 详解

Ouroboros Leios 是 Ouroboros 协议的最新发展，旨在解决 Cardano 的可扩展性瓶颈。Leios 的核心思想是“输入背书”（Input Endorsers），它允许将交易的验证和区块的生产分离。

Leios 的工作原理：

1. 交易提交： 用户将交易提交到网络。
2. 输入背书者： 一组“输入背书者”（Input Endorsers）负责验证交易，并将其打包成“输入块”（Input Blocks）。这些输入块不包含完整的区块头，只包含交易数据和对输入背书者的签名。
3. 区块生产者： 区块生产者（即权益池运营者）从输入块中选择交易，构建完整的区块，并将其添加到区块链中。
4. 解耦： 将交易验证和区块生产分离，使得两者可以并行进行，从而提高了吞吐量。输入背书者可以快速验证和打包大量的交易，而区块生产者可以专注于构建区块和维护区块链的共识。

Leios 的优势：

• 显著提高吞吐量： Leios 有望将 Cardano 的交易处理能力提高一个数量级甚至更多。
• 降低延迟： 交易确认时间有望缩短。
• 增强可扩展性： 使 Cardano 能够更好地应对未来的增长需求。
• 保持安全性： Leios 仍然基于 Ouroboros 的安全模型，并继承了其可证明的安全性。
• 更大的区块：Leios 允许更大的区块尺寸。

Leios 的挑战

• 复杂性：Leios 增加了协议的复杂性。
• 实现难度：Leios 的实现需要对 Cardano 节点软件进行重大更改。
• 潜在的中心化风险：需要仔细设计输入背书者的选择机制，以避免中心化风险。

Ouroboros 的未来

Ouroboros 协议仍在不断发展和完善中。除了 Leios 之外，IOHK 还在研究其他一些增强功能，如：

• Ouroboros Mithril： 一种快速同步技术，允许新节点更快地加入网络。
• Ouroboros Hydra： 一种 Layer 2 扩展解决方案（已在之前的词条中介绍）。

小结

Ouroboros 是 Cardano 区块链的核心，是一种安全、可扩展和可持续的 PoS 共识协议。Ouroboros 已经经历了多个版本的演进，并且仍在不断发展中。Ouroboros Leios 是其最新的发展，旨在通过输入背书技术显著提高 Cardano 的吞吐量。Ouroboros 的未来发展，将对 Cardano 的性能和应用前景产生重要影响。