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0007 Dawinia Token Staking Model

• 功能描述: 达尔文通证和Staking模型(Darwinia AppChain)
• 开始时间: 2019-05-23
• RFC PR: None
• Github Issue: None

概要

这边设计稿介绍达尔文网络的通证和Staking模型。

原生资产

RING是达尔文网络的原生资产，RING可以作为交易的燃料费。燃料费包括交易费用，合约执行费用，网络带宽费用，存储费用等等。

RING在达尔文网路主网上线时的供应量为20亿，之后将会通过出块奖励将新发行的RING分发Staking系统和Treasury。

在达尔文主网上线后，该年的出块奖励每年调整一次，第N年的块奖励为剩余可发行供应量的 1 - (99 /100)^sqrt(N)。

剩余可发行总量 = 硬顶总量 - 当前供应量

下一年的供应量 = 上一年的供应量 + 该年实际出块奖励总和

RING的硬顶总量为100亿。

根据每年的出块奖励，和出块间隔时间(单位：秒)，可以算出这一年的每个块的出块奖励。

每个块的块奖励 = 该年出块奖励 × 出块间隔时间 ÷ 每年总秒数(即365乘24乘3600)

收益分配

达尔网络总收入包括出块奖励和达尔文网络交易手续费。达尔文网络交易手续费包括网络手续费，跨链服务质押费用，应用链链的接入费用，以及相关应用比如进化星球自主选择分配给达尔文网络的收入。

Staking = 系统收入 × Y
Treasury = 系统收入 × (1 - Y)

Treasury主要用于支付系统提案预算，可能包括NFT挖矿或App挖矿等系统运营提案，Polkadot槽位竞价激励，或者用于生态开发者支持。

备注: 系统Staking收益是达尔网络总收入的一个百分比Y(Y为系统参数)。 Staking 达尔文网络将会把主要收入作为激励分发给Staking的参与者。Staking的过程也可以理解为POS挖矿过程，挖矿者通过质押资产来获得Staking能量来进行POS挖矿。

一般来说，用户可以通过质押基础资产RING来进行POS挖矿，如果用户开始取回Staking质押的RING，那么挖矿将停止，解除质押的RING将需要14天时间可以完全到账。

Staking按照简单和复杂程度，可以分为基础版和专业版。

氪石(KTON)

为了鼓励用户进行长期锁定和承诺投入，用户在Staking RING的过程中，可以承诺锁定RING 3 - 36个月，系统会给参与Staking的用户一个氪石的通证进行奖励，但在承诺锁定期间无法进行解锁RING操作(除非缴纳3倍的氪石罚金)。

因此，用户在使用RING进行Staking过程中，可以选择承诺锁定RING一段时间来获得氪石。氪石的初始供应量为零，但主网上线前进化星球应用已经开始锁定RING获得氪石，因此主网上线时将会存在一定的氪石供应量。最早通过锁定RING获得氪石的设计出现在进化星球古灵阁银行，相关的介绍可以参考古灵阁氪石模型[5]。

氪石可以用于质押获得Staking能量，所以同样也可以参与POS挖矿。用户通过质押氪石进行Staking，如果用户开始取回Staking质押的氪石，那么挖矿将停止，解除质押的氪石将需要14天时间可以完全到账。

Staking算力

某账户的Staking算力代表此账户当前时间对Staking的贡献值大小，Staking算力可以类比为POW中的算力。每个账户的算力值由该账户中质押的RING和KTON资产来决定，一旦解除质押，相应的算力也将消失。

账户的Staking算力比随其质押的资产多少不断变化，不能转移或者转账。Staking参与者可以通过修改投票支持的验证人，在不需要解锁质押的情况下，更改投票支持的验证人。

算力值有可能还将在系统的治理和升级中扮演重要角色。(备注2)

算力值占总算力值的比例称做算力占比。

算力 = 总算力值 × 算力占比

该账户算力占比 = 算力占比(RING部分) + 算力占比(氪石部分)

RING和氪石贡献的算力占比计算公式如下：

算力占比(RING部分) = RING算力贡献比例 × 质押中的RING / RING质押的总数

算力占比(氪石部分) = (1 - RING算力贡献比例) × 质押中的氪石 / 氪石质押总数

该账户的Staking收益公式如下：

账户Staking收益 = (达尔网络总收入 × Y) × 账户算力占比

该账户的投票权重公式如下：

账户投票权重 = 总投票权重 ×  账户算力占比

备注1: RING算力贡献比例默认为0.5。

备注2: 因为氪石可以转售给其他人，所以流动性的氪石可能无法完全代表长期承诺投入，只有承诺锁定和质押的”资产×天数”才能准确代表对达尔文网络的承诺投入。 Slash算法

为了防止验证人进行攻击，或者出块不稳定，当攻击或者错误发生的时候，系统需要对验证人(包括投票人)质押的资产进行惩罚，惩罚的过程和机制就是Slash算法。

因为达尔文网络中实际存在RING和KTON两种质押资产，因此需要对Slash的算法进行一些补充说明。

Staking系统中惩罚相关的参数将以百分比为单位，当Slash发生后，验证人或用户质押的资产将按照该百分比比例进行惩罚，无论其质押的资产是RING还是KTON。

另外，在达尔文网路质押系统中，RING存在四种主要状态，账户余额、Staking中、锁定Staking中、解除质押中。因此存在两种质押状态的RING资产，即Staking中和锁定Staking中，并且锁定Staking状态的RING有可能存在不同的解锁到期时间。因此在Slash发生时，需要确定不同RING质押资产被Slash的先后顺序和优先级。Staking系统将按照解锁到期的时间先后顺序，优先Slash那些较早到期的质押资产，也就是先Slash不在锁定状态的质押资产，然后Slash那些解锁时间先到期的质押资产。

Staking模型设计解释

达尔文网络将会把全部收入作为激励分发给Staking的参与者。

达尔文网络的收入来源大体分为两种：

• 出块奖励(BLOCK_REWARD)，每年的块奖励上限随时间会减少，通胀率将会随着时间快速收缩和降低。
• 达尔文网络交易手续费(NETWORK_FEE)，包括开发者使用达尔文网络的跨链服务，达尔文网络平行链的接入费用，以及相关应用比如进化星球自主选择分配给达尔文网络的收入。

因为Polkadot网络采用共享池安全的模型，所以处于Polkadot 连接模式时，平行链的安全性将由由中继链的验证人来保证，达尔文网络在此情况下不需要负责验证，只需要负责Collator即可。

因此，达尔文网络的 Staking 在这两种模式下的安全激励也会有很大不同，具体如下。Solo 模式收入分配

验证人和 KTON 持有者将会按照一个比例来分享进化星球的收入， KTON 持有者可以同时把自己的 KTON 投票给验证人，获取验证人部分的 Staking 激励。(Y为系统参数，将会通过KTON投票的治理机制来设定)

（锁定 KTON，全部 KTON, Treasury）= 

[ (块奖励上限 ×氪石锁定率 + NETWORK_FEE)×X% ,  (块奖励上限 ×RING锁定率 + NETWORK_FEE)×Y%), (块奖励上限 + NETWORK_FEE) × (100-X-Y)% ]

Polkadot 连接模式收入分配

当达尔文网络打算连接至Polkadot网络时，根据Polkadot Parachain Auction[4]的模型，达尔文中继链将需要锁定足够多的DOTs来参与Parachain Slots竞价，是否胜出只与锁定的DOTs多少有关，取决于当时的市场情况。为了获得足够的竞争力，达尔文网络将设计一种众筹锁定竞价机制，以激励达尔文社区参与者帮助竞价。 众筹锁定竞价

Polkadot的Parachain Slot拍卖竞价允许任何类型的抽象账户参与竞价，包括普通地址账户，智能合约账户，平行链账户。这种广泛的抽象账户支持为参与竞价者提供了灵活性，可以设计各种去中心化的竞价模型。达尔文网络将为Polka连接模式设计一种通过众筹锁定DOT来参与Parachain Slots竞价的方式，众筹者不需要将DOT所有权进行转移，只需要将DOT锁定并提供锁定凭证，同时开放一定的投票或者竞价权限供达尔文中继链使用。参与竞价锁定的DOTs是安全的，因为整个过程是通过智能合约(或中继链)完成的，没有任何人可以控制这部分锁定的资产。

当达尔文网络切换至Polkadot连接模式时，达尔文网络不再需要自己的验证人，原来用来激励KTON锁定者Staking的部分将会被用来奖励那些帮助达尔文网络进行DOT锁定竞价的参与者，也就是说，达尔文社区的DOT持有者将可以通过提供DOT竞价锁定凭证，获得RING网络收入奖励。

（达尔文竞价锁定DOT，全部 KTON, Treasury）= 
[ (块奖励上限 + NETWORK_FEE) × X% ,  (块奖励上限 × RING锁定率 + NETWORK_FEE) × Y% , (块奖励上限 + NETWORK_FEE) ×(100-X-Y)%) ]

其他架构参考

• Cosmos Staking
• Polkadot Staking
• Polkadot Parachain Slot Auction

参考和实现

代码库

https://github.com/darwinia-network/darwinia/tree/develop/srml/staking

主要特性和创新[WIP]

• 支持Solo模式和波卡连接模式的无缝切换
• 二阶Staking模型：锁定的氪石相当于二阶的锁定RING
• 氪石是根据古灵阁氪石利息算法生成的，鼓励长期锁定和长期投入者
• Staking权益和投票权的通证化，Staking后的锁定氪石即为投票权

缺点

• 设计变更: 应用层面的流动性模型可以采取类似Uniswap模型的方案

理由[WIP]

现有技术

• https://github.com/evolutionlandorg/bank
• https://github.com/evolutionlandorg/darwinia-appchain/tree/master/srml/token

问题

[WIP]

未来的可能性

KTON虚拟银行未来商业拓展计划之贷款业务

当未来RING有足够的流动性，且虚拟银行中有锁定的RING的时候，任何玩家可以通过抵押足够(3倍)的资产(例如ETH)，向虚拟银行贷款，但是需要在贷款时支付氪石贷款利息 D。用户到期后，可以返回借出的RING，换回抵押资产。

D(N, X, S) = R(N, X, S) * (贷款倍数) 暂定贷款倍数为2

借贷者缴纳的氪石贷款利息将会被虚拟银行销毁。

任何时候如果虚拟银行发现抵押不充足(平仓线，低于1.3倍)时，任何人可以通过平仓动作，支付RING给虚拟银行，换回锁定的抵押物。(这个部分设计可以参考MakerDAO)

氪石将作为RING长期持有者和价值投资者的奖励，在系统重要投票和系统创始道具购买上扮演重要角色，例如某些保留的地块，只能用氪石购买。

参考

• [1] 进化星球虚拟银行和氪石
• [2] PoW的好处
• [3] 年化利率