Stafi Protocol
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Staking

Stafi使用NPoS（提名权益证明）作为选择验证者集的机制。NPoS是DPoS的改良版，解决了验证人有过度中心化倾向的问题。NPoS机制中，将Staker分为提名人和验证人两种角色，与DPoS不同的是，出块奖励会均分给当前的所有验证人，而非按照被委托的Staking Token的比例来分配。这样一来，提名人会自动在多个验证人之间平衡委托，避免了马太效应。在创世之初，Stafi将提供数量有限的验证者名额，例如一开始60个，然后扩展到125个，随着时间推移将进一步拓展。
该系统鼓励FIS持有人作为提名人参加。提名者最多可以提名16个验证者作为受信任的验证者候选人。验证者承担共识出块，保证链的最终确定性的功能。
​

如何参与Staking？

1.确定您是哪个角色

Stake时，您可以是提名人或者验证人。
作为提名者，您可以提名您信任的一个或多个（最多16个）验证者候选人，以帮助您获得通胀奖励。您可以查看提名人指南，以了解主网启动时需要执行的操作。
​验证者节点需要24/7响应，及时执行其预期职责，并避免任何不当行为。如果您希望成为验证者，深度参与网络维护，获取更高的收益，您可以查看验证者指南

2.提名期

任何人都可以申请成为验证人候选人。候选人列表对所有提名人都公开，每个提名人提交一份其支持的候选人名单。在下一个时期（持续几个小时），将选出16个的具有最多FIS支持的验证者并使其生效。对于FIS持有人成为提名人没有特殊要求，尽管我们希望每个提名人都仔细跟踪验证人的表现和声誉。
提名期结束后，16个验证人被选出，并开始执行他们的任务。

3.Staking奖励分配

为了解释如何向验证者和提名者支付奖励，我们需要引入验证者池的概念，我们定义一个验证者池由一个验证者和支持它的提名者组成。（注：如果一个提名者n与用自己的stakes支持了多个当选的验证人，比如k个，那么系统会将其Stake拆分为s_1，s_2，...， s_k，视为分别支持了v_1，v_2，...， v_k ，其中提名者n支持验证人v_i的stake份额为s_i。
在这种情况下，提名者n 能获得的奖励，相当于由k个提名人，各自分别用s_i 的Stake份额提名了v_i
验证者池的奖励规则是，两个验证者池在相等的工作量下获得相同数量的FIS，不与他们各自获得支持的FIS量成比例。在验证者池中，奖励分为两部分（比例可配置），一部分支付给验证者，其余部分按比例（即按stake份额）支付给提名者。特别要注意的是，提名者奖励中有可能包含给到验证人的一部分，因为验证人默认是自己的提名人，自己的“票”投给自己。
要估算提名人或验证人每月可获得的FIS数量，您可以查看奖励机制 一节
如果您需要计算金本位收益，而非币本位收益，还须估算通货膨胀率，您可以查看通货膨胀一节

4.NPoS特点

我们重点介绍NPoS的两个特点。第一个是，由于验证者池的报酬是相同的，因此拥有较少委托的池将为每个FIS提名人支付比拥有更多委托的池更高的费用。因此，我们为提名者提供了经济激励，使其逐渐将他们的委托转移到较少委托的验证者。这样做的原因是，我们希望所有验证者池的权益尽可能地平均分配，以避免权力集中在少数验证者中。这种机制推演下来，所有验证者池会逐渐具有相近的委托量，信誉较好验证者有可能委托量更高，但是总体上各验证池会保持均衡。
我们通过示例来阐明以上内容。为简单起见，我们有以下假设：
  • 这些验证者没有自己的利益。
  • 他们不收取任何佣金
  • 奖励金额为100个FIS代币
  • 最少要验证的FIS是350
​
A-验证者池
​
​
提名人（4）
委托量（600）
占比
奖赏
Jane
100
0.167
16.7
Sam
50
0.083
8.3
Anderson
250
0.417
41.7
Boby
200
0.333
33.3
​
B-验证者池
​
​
提名人（4）
委托量（400）
占比
奖赏
Alice
100
0.25
25
Peter
100
0.25
25
John
150
0.375
37.5
Kitty
50
0.125
12.5
两个验证者池A和B都有4个提名者，总委托量分别为600和400。
根据上述奖励分配，同样的FIS本金，池B中的提名人比池A中的提名人获得更多的奖励，因为池A的总体权益更高。Sam已在A池中投入了50个FIS股份，但他只得到8.3的回报，而Kitty则以相同的投入获得12.5的回报。
我们还指出，当系统对验证器的不良行为（例如，验证器离线，冒名顶替等）施以Slash惩罚时时，Slash的数量是固定百分比（而不是FIS的固定数量），这意味着拥有更多委托量的验证者池将被Slash掉更多的FIS。同样，这样做是为了为提名者提供经济动机来改变他们的偏好，由支持最受欢迎的验证者，转而支持他们认为值得信赖的但比较不受欢迎的验证者。
要注意的第二点是，每个验证人候选人都可以自由列出所需的佣金比例以支付运营成本。由于验证者池的薪水相同，因此佣金较低的池向提名人支付的费用要比费用较高的池多。因此，每个验证人可以选择增加其佣金比例以赚取更多的FIS，还是减少其佣金比例以吸引更多提名人并增加其当选机会。我们将让市场在这方面进行自我调节。从长远来看，我们期望所有验证人都需要具有成本效益以保持竞争力，并且信誉较高的验证人将能够收取稍高的佣金。

5.验证人和提名人

由于验证者的席位将受到限制，因此大多数希望参与Stake，维护网络安全并赚取收益的人，都是提名人。验证者承担了大部分复杂的工作：他们在BABE中产生新的区块候选者，在GRANDPA中投票并达成共识，并可能承担更多职责。
另一方面，提名人一旦质押了FIS，就无需做任何事情。提名者的经历类似于“设置并忘记它”，而验证者将通过执行关键操作为网络提供主动服务。

想要参与Staking吗？

  • ​提名人指南 -成为Stafi网络上的提名人。
  • ​验证者指南 -成为Stafi网络上的验证者。
​

Staking-Slash机制

Slash是针对验证人在共识中产生不良行为的惩罚，此类型为可能造成共识不稳定，系统崩溃等问题。对于此类问题，NPoS共识通过“罚没”抵押金的方式对产生“非法”行为的验证人进行惩罚。和奖励计算一样，惩罚的计算每个Era计算一次。惩罚的类型和方式如下。

1.离线/未响应

如果验证人在一个Era中不出块也不发送心跳信号，那么该验证人会被判断为离线/未响应。当离线/未响应节点数较多时，为了保证系统运营，系统会开始罚没不良行为验证人的验证池中的一部分质押的FIS，也就是说，这里包括提名人的FIS。.
我们设置以下公式
min((3∗(k−(n/10+1)))/n,1)∗0.07min((3*(k-(n/10+1)))/n,1)*0.07
其中，n是总的验证人数量，k为离线验证人数量，注意当k - (n / 10 + 1) < 0的时候，惩罚金额0。假设一共有100个验证人，n=100
假设n=100,
当k=1~11，Slash的比例为0；
当k=12，Slash的比例为 0.03 * 0.07 = 0.0021
当k=21，Slash的比例为 0.3 * 0.07 = 0.021
当k=31，Slash的比例为 0.6 * 0.07 = 0.042
当k=41，Slash的比例为 0.9 * 0.07 = 0.063
当k=51，Slash的比例为 1*0.07=0.07
总体来说，Slash的比例最小为0，最大为7%，当所有节点中少于10%离线时，单个节点离线或者没有响应是不会被slash的，当1/3节点同时离线的时候，Slash比例接近5%。
min((3∗(k−(n10+1)))/n,1)∗0.07min((3*(k-(\frac{n}{10}+1)))/n,1)*0.07

2.双签

在出块阶段（Babe共识）和投票阶段（Grandpa共识），为了保证共识安全，在单个轮次不同链上投票，或者是在同一个高度生成两个新区块，都会被认定为作恶。惩罚公式如下
min((3kn)2,1)min((\frac{3k}{n})^2,1)
其中，n为验证人数量，k为一个Era内混乱或者无效投票的验证人数量。
假设n=100
当k=1，Slash的比例为0.03 * 0.03 = 0.0009
当k=10，Slash的比例为 0.09
当k=21，Slash的比例为 0.3969
当k=31，Slash的比例为 0.81
当k=41，Slash的比例为 1
当k=51，Slash的比例为 1
总体来说，双签的惩罚要比离线严重的多，Slash比例最大的是1，也就是验证人有可能会被罚没100%的Stake。
验证者可以在多台计算机上运行其节点，以确保在其节点之一发生故障的情况下，它们仍然可以执行验证工作。应该注意的是，如果他们在管理签名机方面没有很好的协调，那么双签是可能意外发生的。
验证者如果被发现了任何一种不良行为，都将会被从验证者集中删除，失去当期的奖励，他们将立即被视为不活跃，并将失去其提名人。他们需要重新申请，以再次成为候选验证人，并重新获取提名人。

3.Slash机制细节说明

一个提名人可能提名的多个验证人当选，并可以因为任何一个验证人的不当行为而遭受Slash。在Slash之前，Staking FIS在各个epoch都可以重复使用。提名人用N个FIS连续提名某个验证人E个epoch，如果该验证人因不当行为被Slash，并不意味着您要被Slash掉N * E个FIS，只有N个。
当一个验证人截止被发现时已经有多个不良行为时，我们会按照开出的罚单中的额度最高的罚单来实施Slash，而不是总和。这样可以避免惩罚时验证者本金不足。被发现不良行为的验证者会被退选，以防止被罚验证者的愤怒攻击和故意加害。

三、退选

退选是指从下一个NPoS周期中，从活动的验证者集中删除一个验证者，并取消其与候选候选者集合的资格的行为。
这可能是自愿的，并且是由验证者发起的，例如，验证者的周围环境或服务器托管商出现问题，验证者想要退出以保护自己免受Slash。自愿时，退选将使验证者在当前epoch保持活动状态，但在epoch中将其移动到非活动状态。验证者不会丢失其提名者。
退选也有可能作为惩罚措施使用，退选作为惩罚措施时，会使得验证器在当前epoch被禁用，并在下一个epoch中从验证者集中除名。
Stafi允许一部分验证器被禁用，但是如果禁用的验证器数量过多，将触发新的验证器选择以获取足够多的验证器。被除名的验证者将需要重新提交申请，重新获取提名者的支持。

四、奖励机制

奖励计算

对于每个周期(Era)，验证人将按照他们的Era Points的数量按比例支付。Era Points 是指通过以下方式获得的奖励积分。在Stafi的NPoS设计中，验证者以下三个类型的行为可以获得Era Points
  1. 1.
    出块（未引用叔块的块）
  2. 2.
    叔块出块（引用了之前未被引用过的叔块的块）
  3. 3.
    子块出块（引用了叔块的块）
为了保证出块，每个出块人通过VRF算法选出，同时，为了防止选出的出块人不出块，共识还会提前按照Round-Robin的算法选出后补出块人。这样的处理方式能保证每个块槽能正常出块，但是也会使得同一个块槽有多个块产生，此时通过GRANDPA确定的块为最终块，其他的块为叔块，叔块的子块同时也会得到奖励，但是奖励会相对少。
无论是最终块，叔块还是子块，验证人在合法范围中做了相等的工作，所以单个块对验证人的奖励是均等的，同时在NPoS的设计中，每个验证人被赋予相同的选举权重（Voting Power），无论其接受的提名Stake有多少，每个验证人被选上的概率是一样的。当然，Stake的多少决定了你是否能进入验证人集合。
出块机会被平均分配给验证人，这意味着奖励分配和Stake权重并没有直接的关系。很多项目设计的PoS共识中，出块机会和Stake权重成正比，即更多Stake拥有获得更多奖励的机会，从目前运行的项目来看，Stake有向头部集中的趋势，前10名的验证人一般可以占据50%以上的Stake率，NPoS的设计可以很好的避免此类问题，奖励机会均等可以让Stake的分布更加均衡，更加去中心化。
对于提名人来说，提名给越少Stake的验证人，可以获得更多的奖励，相反，则得到更少的奖励。单位FIS的提名在提名少的验证人身上可以获得更丰厚的回报，但是，提名少的验证人可能会出现一些问题，比如长期掉线，或者技术不过关，也可能是因为名气较小，节点业务才刚刚开始，这些不确定性是提名者需要注意的。
为了更好的分发奖励，Stafi以一个epoch为周期记录页每个验证人的奖励，同时，以一个Era为计算奖励周期，验证人可以在一个Era结束后领取（Claim）奖励。领取奖励后，协议会根据Stake的比例给提名人自动分发奖励（警告，奖励如果在84个Era内不被领取，奖励将会被销毁，所以需要验证人提前领取奖励）。
按照规定的奖励类型，每个验证人可以在出块后获得奖励，每种类型的块对应的奖励计数为
类型
出块
叔块
子块
奖励计数
20
2
1
假设验证人为v，在一个Era e中出块数量为n，叔块数量为s，子块数量为x，该验证人在该e中得到的总奖励计数r为
re=20n+2s+xr _e=20n+2s+x
假设验证人集合有100人，即有
v1，v2,v3……v100v_1，v_2,v_3……v_{100}
那么e 中，所有验证人的总奖励计数R为
Re=r1+r2+r3+…+r100=∑v=1100rvR_e=r_1+r_2+r_3+…+r_{100}=\sum_{v=1}^{100} r_v \quad
进一步可得
Re=∑v=1100(20nv+2sv+xv)R_e=\sum_{v=1}^{100}(20n_v+2s_v+x_v) \quad
至于每个Era Point相当于多少个FIS，需要根据当时既定的通货膨胀率来确定。

奖励分配

Stafi以一个epoch为周期记录每个验证人的奖励，一个epoch是2400个块，一个块是6s，一个epoch是4h。同时，Stafi以一个Era为周期发放奖励，验证人可以在一个Era结束后领取（Claim）奖励。一个Era是6份epoch,相当于1天。
验证人领取奖励后，协议根据验证人事先设置的比例分配一部分给到提名人（警告，奖励如果在84个Era内不被领取，奖励将会被销毁，所以需要验证人提前领取奖励）。
例如，假设验证者的集体奖励是10个FIS。验证者可以指定佣金 validator_payment = 40%，在这种情况下，验证者将收到4个FIS。然后，剩余的6个FIS，根据每个提名人所拥有的Stake比例，分配剩余的6个FIS，假如验证者本身也质押了FIS，这6个FIS还有一部分要分给验证者。对于此计算，验证者的Stake就像是一个提名自己的提名人一样。奖励可以定向到Stash账户或Controller，奖励也可以选择继续参与质押，或者不参与质押。

年通胀率

针对SV和SSV的奖励来源于系统通胀，和比特币的Coinbase机制类似，Stafi协议在每个块都会产生新的FIS（过程称之为Coinstake），用以激励验证人和特殊验证人付出的计算和存储资源。通胀率的设置是一个经济学问题，按照历史演变和大量数据表明，现阶段的PoS项目年通胀率大概在5%~20之间。
在Stafi协议的设计中，通胀率构成主要有以下几个方面
I=INPoS−ISlash−ITx−feeI=I_{NPoS}-I_{Slash}-I_{Tx-fee}
其中
INPoS=ISV+ISSVI_{NPoS}=I_{SV}+I_{SSV}
I_NPoS 为系统共识奖励，在Stafi中包括针对SV和SSV的奖励。Slash的FIS和交易手续费的FIS，都有一部分会分给举报人，一部分会补充到国库中，国库有销毁逻辑。
和Staking率有关系，不考虑其他影响因素，当Stake占越高时系统拥有更高的安全性，Stake越低时安全性相对减弱，高流动性代表着Token具有较低的流动性，在FIS的设计中，通胀率会根据Stake的占比动态调整通胀率，当Stake占比升高时，系统会减少激励，反之，Stake占比降低时会提高激励。在调整过程中，Stafi协议沿用了一个理想的Stake占比50%，即当Stake占比超过50%之后，激励将不再升高，
在2.5%~10%之间，激励曲线如下。第一年的增发率为10%，如果Staking率没有达到理想值，多余的奖励将被流通到国库。
I_SSV 和服务调用有关系，包括多签签名服务和RPC调用服务。Staking过程中，需要多次调用RPC和多签服务，为了支付服务所产生的费用，系统会给与每次调用奖励。初始设置中，协议规定固定增发x%作为服务调用的奖励，x的初始范围设定在【1,2】。
系统按照设定，奖励每笔调用，一个Era计算一次。当前Era中调用获得的奖励小于系统在该Era的增发，那么多出来的奖励将会被销毁。如果调用奖励超过系统在该Era的增发，那多单位调用所奖励的FIS也会相应减低。此策略会在主网上线后的1年时间里，动态调节，后通过线上治理的方式，由社区决定。
I_Slash的通胀并不是确定的数字，在大部分人都是诚实的前提下，Stafi协议应该不会有太大量的Slash情况出现，严重事故发生的几率也比较小。现有PoS项目，发生过几起双签事故，但大多都是验证人失误导致，所以 I_Slash对整体的通胀率影响不大。
I_Tx-fee 的通胀也并不是确定的数字，依赖于Stafi网络的使用情况，特别是rToken的使用，目前并不能评估，但是整体上随着rToken的发展，对通胀是有一定的缩减作用的。
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