# 节点选举机制
# 概述
TOP Network节点选举系统是在分布式和无许可的思想指导下开发的。
permissionless（无许可），不仅仅在于节点可以自由进出网络，还在于任何节点，不管stake大小，都有机会选为在职节点；
PoS*共识机制，对于需要参与共识的节点，stake越高，被选为在职工作节点的概率越大；
共识节点随机产生且定期轮换，避免大户垄断网络；
stake越大共识越安全。
# 节点stake
在大多数PoS形式中，决定一个节点是否有资格加入网络的唯一因素是区块链token最低保证金。
TOP Network将这一概念扩展为我们所说的“综合stake(Comprehensive Stake)”，即hpPBFT-PoS*中的"*"。综合stake考虑多个因素，以确定一个节点被选举参与共识的可能性。
综合权益为：
保证金
节点保证金是您矿工账户质押到注册合约中的TOP token。
信誉分
节点的贡献历史是考察节点信用或声誉的一种形式。一个节点成功完成的任务越多，节点的信誉就越高，因此节点的综合权益也就越大。如果一个节点的带宽或计算能力与其他节点相比过低，它的信誉分就会下降。
validator节点和auditor节点都有自己的信誉分。因为高级矿工(advance)可同时兼任validator节点和auditor节点，所以高级矿工既可以拥有validator节点信誉分，也可以拥有auditor节点信誉分。
矿工注册后，节点信誉分默认为0.1。
validator节点和auditor节点的信誉分随着新区块的增加而增长，在正常工作的情况下，工作量排名前20%的节点，每24小时增加0.01分，最高分为1。节点信誉分达到最高分后，将不再上涨。
validator节点和auditor节点的信誉分从0.1分增加到1分，需要正常工作30天。
为了统计信誉分，table定期向Beacon系统报告每个validator节点和auditor节点产生的区块数，Beacon利用这些信息去更新节点的信誉分。Beacon系统更新节点信誉分需要同时满足以下两个条件：
系统每隔1个时钟块（10s）会去调度一个table上报其签块数，单个table的签块数需达到16，才会向Beacon系统上报签块数。
当前共有256个table，在1个惩罚周期内（24小时），256个table的总签块数需要达到138240，才会向Beacon系统上报签块数。
当一个节点的带宽或者计算能力远落后于其他节点，即节点的工作量排名在后10%，会对节点进行惩罚，节点信誉分最低将会下降到0.1，矿工惩罚请参见矿工惩罚机制。
得票数
任何token持有者都可以使用其token兑换选票为高级矿工投票。
高级矿工得到的选票越多，当选的机会就越大。
高级矿工对于所得到的选票没有支配权，不可再用于为其他矿工投票。
注册成为高级矿工后，被选举为何种节点取决于矿工的选票：
高级矿工被选举为auditor节点，矿工所获得的选票需要大于等于矿工实际质押的保证金（此处节点保证金以TOP计算，非uTOP）。
如矿工继续增加保证金，若被选举为以上两种节点，需要增加相应的选票。
当选票低于实际质押保证金时，高级矿工只能被选为validator节点。
# 节点stake算法
凡是需要参与共识的节点，都有节点stake，包括auditor、validator。不同节点stake算法不同。
# auditor stake
auditor stake与矿工保证金、矿工得票数、auditor信誉分相关，算法如下：
auditor stake=（矿工保证金+矿工得票总数/2）*auditor信誉分
# validator stake
validator stake与矿工保证金、矿工得票数相关，算法如下：
validator stake=sqrt[（矿工保证金+矿工得票总数/2）* validator信誉分]
validator stake最大值为5000（链上治理可调节）。
# 节点选举
在TOP Network，任何节点都有机会成为在职节点，只要满足相应要求。
矿工注册和节点分类排序是通过部署在Beacon上的智能合约以及VRF-FTS算法来处理的。
# VRF-FTS 随机分类排序和 leader 选举
节点分类排序过程利用了VRF-FTS算法。本质上，VRF根据一些输入数据产生一种可公开验证的随机种子，然后将其反馈给FTS算法。FTS算法通过一个节点的综合权益加权。Beacon上的一系列智能合约跟踪节点的工作负载贡献、总保证金、投票和任何不良行为。这些值都由另一个智能合约计算，构成综合权益，用于加权FTS算法。节点的综合权益越高，被随机分到分片或集群中的可能性就越高。
leader的选择也是通过VRF-FTS过程来确定的。
被选为hpBFT leader的机会也由一个节点的综合权益来衡量。
选举块使用时钟块表示，10s出一个时钟块。
# 共识 cluster 选举
一个共识cluster包括1个auditor group 和 2个validator group。不同cluster的选举彼此独立，不会同时进行；而某个cluster选举时会先进行auditor group选举然后进行validator group选举；同一个cluster下的两个validator group会进行同时选举。
选举频率与触发：每1小时轮换一次。
选举出块共识组：Beacon group。
选举流程：先确定auditor候选池节点列表 → 确定group中注销auditor数 → 确定auditor轮出与轮入节点数 →根据策略auditor轮换 → 确定validator候选池节点列表（上一步骤轮出的auditor会加入该候选池）→ 确定group中注销validator数 → 确定validator轮出与轮入节点数 → 根据策略对该cluster下多个validator group 同时轮换（上一group的节点不会轮入下一group中）。
# auditor group 选举
轮入节点的候选节点池：
Beacon上候选池合约中票数和保证金满足最低要求的高级节点中，所有未当选在职auditor，且没有在当前cluster担任在职validator的高级节点，且没有在其他cluster担任在职auditor的节点，创世节点也包括在内。
auditor有效stake：
节点注册合约中会保存每个节点的auditor stake。
当auditor stake=0（如创世节点），该节点不参与排序，直接赋值有效stake=1；
当auditor stake＞0，对auditor stake进行排序，从大到小，以27个节点为一段（27为链上治理参数），同一段内的auditor有效stake 一致，下一段节点 有效stake比上一段要低10%向下取整（10%链上治理参数），首段有效stake值为1亿，有效stake最小值为1，即 An+1=max（An*90%向下取整，1）。具体如下：
A1: 100000000
A2: 90000000
A3: 81000000
A4: 79000000
……
An+1：max（An*90%向下取整，1）
轮出节点策略：
优先将不是auditor（包括票数不足、更改节点类型不再担任auditor）的节点和注销节点（包括节点主动注销，被系统惩罚注销）轮出，如果已经超出轮出节点数，那么采用随机算法确定哪些节点轮出；如果以上节点未超出本轮需轮出节点数，剩余节点从auditor group中按照 “（候选池最大有效auditor stake * 1亿 / 当前节点有效auditor stake）向下取整” 进行 FTS，即auditor_stake越高越小概率轮出。
轮入节点策略：
按照auditor stake从高到低排序，每27个节点一组，组内节点有效stake一致，按照有效stake进行 FTS，即auditor有效stake越高越大概率轮入。
轮换节点数：
候选池节点充足，auditor group没选满情况下，只轮入不轮出；候选节点不足，或者候选节点充足但auditor group已选满，此时轮入轮出节点数一致。
# validator group 选举
轮入节点的候选节点池：
Beacon上候选池合约中保证金满足最低要求的高级节点和验证节点中，所有未当选在职validator，且没有在当前cluster担任在职auditor的高级节点（包括本轮刚刚被选到auditor group中的节点），且没有在其他cluster担任在职validator的验证节点，注意也包括本轮刚刚被FTS算法轮换出auditor group的高级节点（注销、更改节点类型而轮出的高级节点不算），创世节点也包括在内。
轮出节点策略：
优先将不是validator（更改节点类型不担任validator）的节点和注销节点（包括节点主动注销，被系统惩罚注销）轮出，如果已经超出轮出节点数，那么采用随机算法确定哪些节点轮出；如果以上节点未超出本轮需轮出节点数，剩余节点从validator group中按照 “候选池最大validator stake * 1亿 / 当前节点validator stake” 进行 FTS，即validator_stake越高越小概率轮出。
轮入节点策略：
对validator候选池节点按照sqrt(validator_stake)进行 FTS，即validator_stake越高越大概率轮入。
轮换节点数：
候选池节点充足，auditor group没选满情况下，只轮入不轮出；候选节点不足，或者候选节点充足但auditor group已选满，此时轮入轮出节点数一致。
# edge 选举
选举频率：1小时
选举出块共识组：Beacon
选举对象：Beacon候选池合约中所有edge节点及创世节点。
轮入节点数：轮入所有的候选edge节点。
轮出节点数：注销、更换节点类型的edge节点，全部轮出。
# 共识 cluster leader 选举
第N轮leader从validator group中按照validator stake选，第N+1轮leader就从auditor group中按auditor stake选，交替选leader，每来一笔交易选一个leader。
leader选举的共识组为交易sender account所在的validator group和上级auditor group组成的共识group。
# 如何提高矿工综合stake？
在矿工奖励制度中，说明了矿工奖励包括工作量奖励和选票奖励。
其中，高级矿工、验证矿工的工作量与其综合stake正相关，矿工的综合stake越高，被选中参与工作的几率就越高。
矿工综合stake与矿工保证金、所得选票、和信誉分正相关，您可以通过以下方法提高综合stake，从而提高矿工被选中参加工作的几率而获取更多工作奖励。
- 增加矿工保证金
直接增加矿工保证金，提高综合stake。
- 获取更多选票
获取社区用户更多投票，提高综合stake。
- 提高信誉分
矿工正常工作，且工作量在网络中排名前20%，每24小时会获取0.01分的信誉分。
若矿工未能正常工作（未被选中或节点性能不足），不能获取信誉分，以致综合stake落后于其他矿工时，您可以通过提高保证金或者选票的方式代替信誉分来提高综合stake。