区块链共识和最终性简史:从比特币到波卡

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声明:本文来自于微信公众号蓝狐笔记(ID:lanhubiji ),授权站长之家转载发布。

前言:去中心化价值形式决定了区块链有达成共识的都要。区块链的共识机制从比特币的PoW时候开始了了逐渐发展出新模式,如PoS、BFT等。而波卡采用了混合的共识算法。共识机制另另一个劲后就是区块链技术发展的重点领域。本文作者Edward A Thomson,由“蓝狐笔记”社群的“HQ”翻译。

为了更好地理解为那此另一个人歌词 都要在区块链技术中引入共识算法,另一个人歌词 都要了解比特币的区块链技术都补救了那此什么的什么的问题?最为关键的什么的什么的问题有那我:

  • 双重支付

  • 中心化的货币发行

本文首先介绍比特币补救上述什么的什么的问题的法律措施 ,其次讨论共识的或多或少精妙之处,如容错性和最终性(最终选者性的简称),最后以或多或少项目为例子进行讨论,以及探讨未来的方向。

比特币何如补救双重支付和货币发行什么的什么的问题?

要理解为那此容错性对区块链如此重要,有必要解释一下比特币补救的那我什么的什么的问题(双花和生心化货币发行)。

换句话说,为了补救任意超发,比特币以三种可预测、透明且去中心化的法律措施 发行货币。管理货币转账和发行过程的机制的就是共识算法,要能确保整个交易历史的一致性(共识)。

共识算法在区块链技术时代并后要新玩意儿,强调比特币为那此具有创新性是特别要的:机会在公有的固然许可的网络中,即使有潜在的恶意行为者另另一个劲出现,比特币也都上能达成共识

PoW的共识算法

众所周知,像比特币你这俩PoW的区块链,节点通过获得创建新区块所产生的新币奖励,来维护整个网络的安全。该奖励提供了三种激励机制,使矿工在尽机会快速创造新区块的一块儿,始终表现诚实。

获胜的关键在于,创造新区块都要解出那我独特且计算困难的数学什么的什么的问题。它数学题的难度从根本上限制了新区块产生的效率单位,且答案的唯一性都上能使网络识别出获胜节点(通过另一个人歌词 的地址)。我我觉得恶意行为不必受到特意惩罚,但并如此动力去做,机会不诚实的行为趋于稳定机会成本。

趋于稳定的那我什么的什么的问题是,节点之间的通信后要即时的,而且趋于稳定网络中不同地理区域的节点机会会收到自称已解出什么的什么的问题的不同区块(网络分区/分叉)。那我不同的节点 (矿工) 有机会碰巧都合法地解出了什么的什么的问题,而且机会全网不同区域间后要即时通信,网络中的不同分区就会选者基于不同的获胜区块来构建区块链(临时性)。这会原因临六时叉,但机会总有新区块被再加到每个分支上,最终总会另另一个劲出现那我较长的分支。

选者最长的区块分支,实际上是比特币为实现共识而制定的规则,该规则被称为最长链规则。较短分支上的区块则会被丢弃,而且所有什么都如此主分支上的交易最终后要被再加到主分支的区块中。请注意,非法交易(你这俩于:那此试图进行双重支付的交易)则不必被中有 在构成最长链的区块中。中有 此类交易的区块也将被丢弃,机会任何“货币”都如此被花费一次。这里都要注意的是,大多数节点后要诚实的(至少51%),而且那此节点不必尝试去破坏协议。

理论上讲,两根新的最长链都上能通过拥有更强的挖矿算力创发明权来。而且这对于靠近“链的头部”的区块(最新产生的区块)来说,风险是最大的。区块在整个链上的深层太深,它被逆转的机会性就越小。

这说明PoW 链上的区块另另一个劲会有被逆转的机会,如此那此区块中的交易也就机会都没趋于稳定。在两根被恶意创造的链上,交易是不必被保存进新区块中,原因如上所述。

比特币白皮书中建议,听候6 个区块的时间便足以确保交易不必被拒绝,机会此时区块被丢弃的机会性非常小。另一个人歌词 都上能从这里认识“最终选者性”(以下简称最终性):无法被逆转的区块都上能被称作是“最终选者的”。在比特币及或多或少PoW 区块链中,最终性并后要如此完美,机会区块总有被逆转的机会。

以上说明,比特币具有强大的抵抗故障的鲁棒性,而且都上能在公共和固然许可的网络中以去中心化的法律措施 发行货币。通过探索确保最终性的法律措施 ,要能确保更高水平的安全性。你这俩观点将在后文的容错累积中进行探讨。

PoS区块链

还应该注意的是,或多或少权益证明(PoS) 区块链的运行法律措施 与比特币你这俩于。大多数 PoS 链用选举产生区块来代替挖矿。与PoW链让获胜矿工创建下个区块不同,PoS链的新区块是由随机选者的节点(“领导者”)来创建。

被选中(创建新区块)的概率是由权益的数量来决定的。你这俩理念是,持有的币过多,说明更希望区块链取得成功,而且那我的节点将获得更至少率来创建下个区块。

NXT 是最早的 PoS 链之一,使用你这俩随机(选举)领导者的法律措施 来创建新区块。NXT 的共识机制与比特币相同:创建的新区块后要被再加到最长链上。通过遵守你这俩规则,任何分叉什么的什么的问题都要能被补救,节点则继续在最长链上创建区块。

拜占庭协议与容错性

当参与者另另一个劲出现违反协议的操作时,(网络)就会另另一个劲出现错误。对区块链来说,机会机会趋于稳定恶意行为者试图利用协议的弱点,就是 另一个人歌词 希望协议足够安全,都上能抵御任何故障。任何可抵御任意故障的协议,也足够安全去防范随机故障及恶意行为者。

即使有一小累积参与者的行为表现异常,拜占庭容错(BFT) 协议要能正常工作。行为不当的节点,机会是趋于稳定了意外故障,也机会是恶意行为。当然,这里假设大多数参与者后要遵守协议的。你这俩观点在一篇名为“拜占庭将军什么的什么的问题”的研究论文中提到。该什么的什么的问题讨论的是,多个参与者何如就那我简单的信息达成一致。(蓝狐笔记注:拜占庭什么的什么的问题都上能参考蓝狐笔记时候的文章《简单搞定拜占庭容错》)

当在拜占庭协议中达成共识时,商定好的结果一定是正确的。也就是说,商定的结果都上能被看作是选者性的正确,而后要概率性的。当应用在区块链时,拜占庭算法保证了交易的最终性。这原因一旦在区块中达成协议,区块就会最终选者,其中的交易就是能被逆转。

显然这与比特币和或多或少PoW 链不同。如上所述,那此链仅能达成一定概率的选者性。比特币的共识类型通常被称为“中本聪共识”,很容易看出来,为那此它会和拜占庭容错混淆,机会二者后要可容错的,但如此后者要能保证最终选者性。更深层次的混淆,来自于比特币的区块创建与共识算法深层重叠。但事实上固然都要那我

以太坊未来路线的提案之一,就是像现在一样继续由矿工生产区块,而且让或多或少节点充当验证者来提供最终选者性,从而加强共识。验证者在已创建的区块上进行投票。通过给某个区块投票,即表示另一个人歌词 认为该区块是正确的。一旦有三分之二的验证者投票,如此你这俩区块就都上能被认为是最终选者的了。你这俩在挖矿后的拜占庭共识机制被称为“最终选者性组件”。 

发展探索

大多数正在开发的新项目都将区块创建与共识进行分离。未来的或多或少区块链也将采用混合共识算法。你这俩累积将介绍或多或少正在探索的未来方向。

Cosmos(ATOM)

Cosmos 的区块创建也是由(通过权益的权重比例)随机选者的领导者完成,而且Cosmos 的共识中如此最长链规则。相应地,它采用了被称为Tendermint 的拜占庭算法。这原因每个区块都能保证最终选者性。此外,机会验证者如此就单个区块达成共识,按照Cosmos的设计,Cosmos机会暂时停下来,以补救分叉。

Polkadot波卡(DOT)

Polkadot采用混合共识算法。区块将由随机领导者创建,该领导者会将下个区块再加到最长链上。Polkadot 还将采用拜占庭协议,但后要每轮投票只产生那我区块,就是在一次投票中最终选者多个区块。

采用混合共识机制的那我好处是,区块链都上能在最长链上连续生产区块,一块儿在不影响链活性(即链永远不必被停止)的情形下,最终实现拜占庭最终选者性。

目前在Polkadot 当前的测试网络 PoC-2 (也叫做 Krumme Lanke) 中,其共识你这俩于于 Cosmos。区块由随机选者的验证者节点生成,在通过拜占庭协议将其最终选者后,再生产下个区块。

Cardano(ADA)

简单来说,Cardano 的共识算法你这俩于于比特币(最长链规则)。与NXT 相同,区块的生产由随机选者的领导者完成。Cardano 团队已竭尽全力补救了或多或少在随机选者领导者时另另一个劲出现的什么的什么的问题。另一个人歌词 机会确保选者领导者的随机性与目前比特币出块法律措施 一致。

然而比特币是如此领导者的,区块由随机矿工生产。挖矿什么的什么的问题的解集将分布在拥有最大哈希算力的矿工付近。

Ethereum以太坊

以太坊也那我尝试通过加入那我在出块后保证最终选者性的步骤,来加强共识算法的法律措施 。区块仍旧通过PoW 生成,而且会有一组验证者节点对已出区块的正确性进行投票。这就是所谓的“最终选者性组件”。也就是说,该法律措施 结合了最长链规则和拜占庭容错算法:即三种共识算法的混合。

最近似乎有迹象表明,以太坊将机会使用权益证明(PoS) 取代 PoW,使以太坊与正在开发的新链保持一致。区块将由那我随机领导者来创建,而且由那我最终选者化组件来最终选者。

优化法律措施

区块链的“旧时代”主要围绕使用PoW 挖矿及使用最长链规则,来增强网络共识。但是为了用更节能的法律措施 ,时候开始了了尝试使用 PoS取代挖矿。过去的 PoS 链仍然使用最长链规则;然而,近年来的趋势是将拜占庭容错协议也纳入共识机制:而不使用最长链规则(Cosmos), 机会让两者共存(以太坊和Polkadot)。

在下一篇文章中,另一个人歌词 将更加深入地探讨Polkadot 的共识算法是何如工作的。另一个人歌词 还制定了一份标准规范,但目前尚未正式发布。