IOTA的新魔法核心！源码解密：Mana值的计算及对节点和生态的影响

协调器(Coordinator)是一种IOTA在网络早期，为了保障网络安全采用的临时策略，这种类似机制在比特币早期也存在，而竞争者一直以此来攻击IOTA并没有做到完全的去中心化，为了彻底移除协调器，并实现IOTA网络的扩容，IOTA启动了Cooridice计划，在整个计划当中，mana机制被引入并成为关键，真正可以算的上IOTA的Coordicide新魔法的“魔力值（在电脑游戏中，魔力值的英文通常叫作mana）”。

目前coordicide的原型项目Shimmer逐渐接近开发尾声，笔者通过分析它在Git的开放源码，特对该机制给大家做一下分析和解读。

一、代码分析（本节适合有初步编程基础的人阅读）

全局控制常量

burnedMana(焚毁Mana)：每次发起交易须扣减的Mana值；

decayInterval(衰减间隔)：一个时间间隔，用于控制衰减速度，数字越小，衰减次数越频繁，衰减得越快。

decayFactor(衰减因子)：用于调控mana衰减的速率，数字越大，衰减得越慢。

ManaScaleFactor(Mana缩放因子)：用于控制发起交易时产生的mana的倍数，数字越大，相同交易获得的Mana就越多。

关键参数

coins(转出币数)：发起交易时每笔输出的token数量，可以简单理解为从节点地址转出的币数；

decayTime(衰减时间)：当前时间到上次mana计算的时间差；

heldTime(持有时间)：转出的币在原地址上停留的时间，根据本次转出的时间减去上次转入的时间得出；

新增Mana的计算公式：

gainedMana:=float64(coins)*calculator.options.ManaScaleFactor*(1- math.Pow(calculator.decayFactor, float64(heldTime)/calculator.decayInterval))

简单说：新增Mana=转出币数×Mana缩放因子×(1-衰减因子的(持有时间÷衰减间隔)次方)

Mana衰减的计算公式：

erodedMana:=float64(mana)*math.Pow(calculator.decayFactor, float64(decayTime)/calculator.decayInterval)

简单说：衰减后的Mana=原Mana值×(衰减因子的(衰减时间÷衰减间隔)次方)

Mana余额查询实时计算公式：

result, _ = balance.calculator.ErodeMana(lastBalanceHistoryEntry.(*BalanceHistoryEntry).balance, now[0]-lastErosionTime)

简单说：公式参考Mana衰减计算公式，将(当前时间－上一次发起交易的时间)作为衰减时间

在这里需要说明的是，节点只会在本地保存上一次交易发起的余额记录，而不会在每次查询时保留记录。

二、算法总结（适合所有人阅读）

通过分析以上源码，我们可以得出以下结论：

1. mana是节点通过创建有值交易（这个交易的地址所有者可以是节点本身地址，也可以是其他人通过私钥签名）来获得。0值交易不会产生mana值；
2. mana定期会以指数级进行衰减，假如初始mana为5000，衰减因子为0.5的话，那么第一次衰减后的mana就是2500，第二次衰减后就是1250，以此类推；
3. 发送一次交易会消耗(扣减)固定数量的mana值。

三、对节点和生态的影响问答

mana值会运用在哪些场景？

从目前官方公开的情报来看，mana值已经确定的在节点共识形成（网络节点发生争议时进行投票）中使用，而目前在评估它在控制节点交易发送频率（防止恶意发送垃圾交易而造成网络拥堵）上使用的可能性，简单说，两个场景，一个已明确，一个在评估待定。

1、这种机制是否能改善恶意垃圾交易(Spam)的肆虐？

能，因为只有有值交易才会产生mana值，而发送交易则会消耗固定的mana值，mana值按周期进行衰减，针对于以大量的0值，或者低值交易为特征的Spam，最终发送时因为mana值不够，而无法频繁发送，最终网络拥堵消失。

2、 这种机制会减少能耗吗？

能，取消动态Pow控制机制以后，任何站点都不再需要参与到算力竞争当中。

3、这种机制真的会对币价产生良性影响吗？

一定程度上能，虽然在网络非拥堵情形下，mana值不会产生太大的实际作用，但是真正使用IOTA网络的大量物联网运营企业，无论网络目前是否拥堵，为了保障自己的交易能顺利的进行，都会通过持有一定量的token，用于与上下游行业节点进行结算，或者通过自己倒账来获得mana值。

4、这种机制能优化整个生态吗？

一定程度上能，这种机制明确的表达了IOTA基金会对参与者的指引，即鼓励IOTA网络的参与者充分使用token来与其他实体（企业或个人）进行结算，让数据具有价值。同时，对有利于Token流通的做出贡献的节点，不仅在共识形成时给予更高权重，同时也让他们在使用网络时有更多的资源。

5、在一种常见的主从结构的部署当中：某个中心节点专门用于结算（高mana），而大量的物联网终端（低或者0Mana）只是对中心节点做数据传递，这些终端通常都没有Token，那是不是这种终端的交易会在网络拥堵时因为无法获得mana而无法正常工作？

这个问题一开始也困扰了笔者，后来通过与IF的人交流找到了可行的解决方案。

方案一、可以让这些无Token的节点，不再充当节点，只分配钱包私钥，这些节点通过私钥签名以后，将交易数据发给高mana的结算节点进行广播代发。

方案二、分片（sharding），虽然目前iota的分片代码还没开始公开，但根据核心开发Hans Moog在官方交流平台透露的消息，子分片的交易因为与主网隔离，所以笔者大胆推测，可以将结算节点和物联网终端的交易划分到同一个分片中进行处理，具体原理暂不做详解。

6、这个方案的难点在哪里？

因为目前shimmer还没有正式进行有值交易的测试，笔者从源码中分析，感觉如何正确的评估网络的现实的容量上限和网络攻击的规模，以此来确定几个全局的控制变量，这个是关键，需要shimmer在测试环境下进行大量的模拟才能最终确定。