2d区块链共识机制与分布式一致性算法

2d区块链共识机制…

1. 传统分布式一致性算法和区块链识过程的异同

相同点:Append only 强调序列化 少数服从多数原则 分离覆盖的问题:即长链覆盖短链区块,多节点覆盖少数节点日志

不同点: 传统分布式一致性算法大多不考虑拜占庭容错(Byzanetine Paxos除外),即假设所有节点只发生宕机、网络故障等非人为问题,并不考虑恶意节点篡改数据的问题;

传统分布式一致性算法是面向日志(数据库)的,即更通用的情况,而区块链共识模型面向交易的,所以严格来说,传统分布式一致性算法应该处于区块链共识模型的下面一层。

2. 块链模型与传统一致性算法的关

上面的不同点,合私有和行业链的性,我

私有:封的存,所有点都是可信任的,如某大型集内部多数公司

业链:半封的交易网,存在等的不信任点,如房地ABCD公司

公有:开放生的交易网这层主要是业链和私有提供全球交易网

由于私有链是封闭生态的存储网络,也就是说使用传统分布式一致性模型应该是最优的;由于联盟行业链其半封闭半开放特性,使用Delegated Proof of XXX 是最优的,可以考虑以传统一致性算法作为基础加入拜占庭容错/安全防护机制进行改进。公有链PoW应该仍然是最优的选择。
如下图所示:

1. Paxos 算法家

1998Lamport提出Paxos算法,后又增添多个改版本的Paxos形成Paxos协议家族,且Paxos都有共同点是不容易工程实现

Classic Paxos LeaderLess,又名Basic Paxos,以下均Paxos种,基于CAP定律,重了不同方向

Cheap Paxos

Egalitarian Paxos  conflicts rare

Fast Paxos  Leader only when needed conflicts common

Multi-Paxos Leader driven

Byzanetine Paxos

“Byzantine Paxos adds an extra message (Verify) which acts to distribute knowledge and verify the actions of the other processors”.Lamport 2011年的文《Leaderless Byzanetine Paxos》中表示不清楚践中是否有效,考Paxos本身实现度,此方案工程角度不是最,但是系角度应该是最好的。
本小Ref
Wikipedia_Paxos
Leaderless Byzanetine Paxos

2. Raft

是一个非常友好的算法,容易理解、实现,不它是Strong Leadership的,也就是,任意包含Leader刻,Leader有完全记账权,如果此Leader点是意的,后果不堪想。且leadership的一致性算法都有个通病,吞吐量受点的限制,点在Raft身上体尤甚。
Raft算法介:https://raft.github.io/
Raft算法动态演示:http://thesecretlivesofdata.com/raft/
3.

VRR(Viewstamped Replication Revisited)

也是一个基于leadership的一致性算法,相比上述其他算法,它的点是延最小

三、常见区块链共识模型介绍

本白皮一种股权明机制的新实现方式,方式可以交易行秒级验证,并且能够在更短的时间内提供比有任何股权明系都更好的安全性。在比特络产生一个区时间过后,一个授权股权明系(DPOS)能使你的交易得到20%的核,而在比特声明交易已几乎不可逆(6个区1)时间过后,在DPOS机制下,通其代表,你的交易已得到100%的核

1.0

分布式交易总账需要在尽可能短的时间内做到安全、明确及不可逆,便于提供一个最坚实且去中心化的系。在践中,流程分两个方面:选择一个独特的点来生一个区,并使得交易总账不可逆

1.1 工作量明机制(Proof of Work, POW)

第一个成功解决该问题尝试是比特(Bitcoin),比特使用工作量明机制使更长总账生具有算性度。工作量明机制就好比是透,平均每10有一个点找到一个区。如果两个点在同一个时间找到区,那么网将根据后续节点的决定来确定以哪个区构建总账。从统计学角度,一笔交易在6个区(1个小)后被认为是明确确且不可逆的。然而,核心开认为,需要120个区(一天),才能充分保不受来自潜在更的已将新生的花掉的攻块链的威
尽管出的区块链得不太可能,但任何有巨大经济资源的人都仍有可能制造一个更的区块链或者具足够的哈希算力来冻结账户

1.2 股权明机制(Proof of Stake, POS)

股权明机制已有很多不同种,但基本概念是生区应该与你在网里所占的股权(所有权占比)成比例。到目前止,已有两个系开始运行:点点(Peercoin)和未来(NXT)。点点使用一种混合模式,用你的股权整你的挖矿难度。未来使用一个确定性算法以随机选择一个股生下一个区。未来算法基于你的账户整你被中的可能性。
未来和点点都分别解决了来生下一个区问题,但他没有找到在适当的时间内使区块链不可逆的安全性的方法。根据我能找到的信息,做到点,点点需要至少6个区(一小),未来需要10个区。我找不到在10个区后未来能提供什么别安全性的根据

之前布了基于交易的股权明机制(Transactions as Proof of Stake, TaPOS)的白皮,在机制中,每笔交易都包含区块链中前一个区的哈希。通过该任何人而言,网络变得越来越安全而不可逆,因每个区经过了股投票。TaPOS的挑是它没有定义谁生下一个区

1.3 瑞波共机制(Ripple Consensus)

瑞波共算法,使一组节点能够基于特殊点列表达成共。初始特殊点列表就像一个俱部,要接一个新成,必51%部会投票通。共遵循核心成51%权力,外部人员则没有影响力。由于部由中心化开始,它将一直是中心化的,而如果它开始腐化,股东们什么也做不了。与比特及点点,瑞波系将股东们与其投票权隔开,并因此比其他系更中心化

2.0 授权股权明机制(DPOS)

当使用去中心化自治公司(Decentralized Autonomous Company, DAC),去中心化表示每个股按其持股比例有影响力,51%投票的果将是不可逆且有束力的。其挑是通而高效的方法达到51%批准

达到个目,每个股可以将其投票权授予一名代表。票数最多的前100位代表按既定时间生区。每名代表分配到一个时间段来生。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区所含交易10%为报酬。如果一个平均水平的区含有100股作交易,一名代表将1股作为报酬。
有可能使某些代表没能及广播他的区,而致区块链分叉。然而,不太可能生,因制造区的代表可以与制造前后区的代表建立直接接。建立种与你之后的代表(也包括其后的那名代表)的直接接是了确保你能得到

模式可以每30生一个新区,并且在正常的网条件下区块链分叉的可能性极其小,即使生也可以在几分内得到解决

2.1 一名代

一名代表,你必在网上注册你的公,然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的引用

2.2 授权你的

每个包有一个参数置窗口,在窗口里用可以选择一个或更多的代表,并将其分。一经设定,用所做的每笔交易将把票从入代表移至出代表。一般情况下,用不会建特别以投票目的的交易,因那将耗一笔交易。但在急情况下,某些用可能得通支付一更极的方式来改的投票是得的

2.3 保持代表

每个包将示一个状指示器,知道他的代表表如何。如果他们错过了太多的区,那么系将会推荐用一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区,那么所有包将在每个行更多交易前要求出一个新代表

2.4 解决区块链

和工作量明系及其他股权明系,最佳区块链是最的有效区块链。任何候,一名代表错过签发一个区的机会,块链将比潜在手短。只要在你的交易被写入区后的100个区中的51%被生出来了,那么你就可以安全地认为你在主区块链

,在防止区块链分叉所致的失方面,最重要的事是在事后第一时间得知消息。因代表得到很好的酬,他将保持接近100%的在线时间来防止因被投票免而失收入。你可以安全地认为如果在去的10个区中,有一两个区块错过网的某些部分可能正问题,那么用户应该对此特别警并要求外的确数。如果10中有超5错过,那么意味着你很可能在一条支上,因此应该停止所有交易,直到分叉得到解决

以一种及的方式(少于5)简单发现并警示用分叉,是可以最小化潜在失的非常重要的能力。而知道你是否正在一条支重要

2.5 100名代表是去中心化的

去中心化已一个流行术语,所以其定完全固定。我将自由市看作去中心化的基本形式,并将对进入自由市场设置障碍看作是所有中心化的基。像任何事物一,中心化有程度之分,所以我把授权股权明机制与其它方案的中心化程度

2.5.1 比特

比特目前正以授权工作量(Delegated Proof of Work, DPOW)而运行,因此有大10名代表控制了大多数的哈希算力。在那些争而能使用经济进行无收益挖的人手中,哈希算力本身就是中心化的。最后,工作量明机制为进入市场设置障碍,使得的区制造者无法易被取代。与比特相比,DPOS在区方面至少去中西化了10倍,并且也在市场竞争方面去中心化了无数倍

尽管在哈希算力方面有一定量的去中心化,当想到掌控比特的股(比特持有者)所持股份的占比,我们认为比特是最中心化的。如果你考使用比特体系的用户总数,其中参与挖的人很可能少于百分之一

2.5.2 点点

点点是一个混合系,所以它由于工作量明机制而是部分中心化的。和比特,它也有池。与比特相比,点点无疑是更去中心化的,然而,因股权明机制池需要用保持他电脑线包解,只有一小部分的股参与了任何形式的挖

2.5.3 未来

未来使用透明造,以确定的出下一个制造点。可以将其类比,使用授权股权明机制但你只能将你的投票权授予你自己,而你造区机会的率直接取决于你的账户。在个意上来,未来比点点和比特去中心化。但由于安全风险顾虑以及事上大多数常不会整天开启他电脑来籍此造机会方面的优势,它仍然遭受着少的可怜的挖参与度

个角度来,我可以断定未来是由一小部分股来保障网安全的。事上,如果你不上线投票,那么你将失去你的票。了解决问题,一些未来用他的股权建立股权池,并信任第三方来是以一种形式的授权股权明来提高股参与度,但也使他账户在他参加承受风险

3.0

一般而言,网抵御两种类型的攻:拒和双重支付攻。一个攻者通不把一些或全部的交易加入总账行拒种攻可以由任何51%(比特、未来或其它)的人行。而利用在网试图达成共识时的短期优势,可以行双重支付攻抵御些攻,网使51%的股尽快达成协议

3.1 防止排除交

有全部投票出的100名代表,并且按要求流生,意味着任何一笔由至少1%的股批准的交易能够在30内加入总账意味着没有代表可以通将投票支持其他代表的交易排除在外来取利益

3.2 将一些代表的权力中心

与其所被授权的投票权无关,100人所得的权力权重是相同的,每名代表都有一份相等的投票权。因此,无法通过获得超1%票而将权力集中到一个一代表手上。
个人或者组织控制区块链的多名代表是有可能的。但是程将需要欺很大比例的股数去支持傀儡。即使可以建立51%傀儡,他们扰乱网的能力仍将是有限的、能够被快速别快速正的。没有工作量明机制置的入障碍,占据多数的诚实会把攻击鉴别出来,然后将代分叉并无者生的区种攻可以乱网,但不会是致命的

3.3 针对代表的分布式拒(DDOS)

只有100名代表,   可以想象一个攻每名到生的代表依次行拒。幸运的是,由于事上每名代表的标识是其公而非IP地址,种特定攻的威很容易被减将使确定DDOS。而代表之的潜在直接接,将使妨碍他块变得更

4.0 基于交易的股权明机制(TaPOS)

代表制是一个短时间内达成固共的高效方式,而TaPOS东们提供了一个效机制来直接批准他的代表的行。平均而言,51%的股6个月内会直接确每个区。而取决于活流通的股份所占的比例,差不多10%的股可以在几天内确块链种直接确保障了网期安全,并使所有的攻击尝试变得极度清晰易

5.0 量的服

一个DPOS统拥100亿美元的市场总量,平均每年的交易费为0.25%,代表计获得所有交易10%,那么每名代表每年能25,000美元以使其点保持在线

是一个利的角色,多人将为获取它持续竞争。意味着每个想要份工作的人都会想方法从份工作的人那里把它偷走做到点,他代表行为进统计学分析,以找到准算法的任何偏离行。一旦找到种偏离,他就能有希望得一些票。那些份工作的人,可能会全力以赴地明他正在按件运行。他越有效地明其的正直性,越有可能保住他的工作。你可以想象开者会很快制作出系,代表可以通过这些系快速明哪些交易得到了广泛的散播

上,市场竞争将生用以明代表的正直性与可靠性的最具造性的解决方案。络变得更安全的工作可以得很多收益,而尝试绕轮络则得不到什么好

6.0

DPOS流程与TaPOS合所生的网,其网的可明性将至少3倍于比特、点点及未来DPOS能够更快地达成共,同消除随机小股东带来小模干的可能性。经济激励确保了代表致力于明他有良好行,并可能采用类似于瑞波系的共算法(实现这)DPOS,事上,是一种通无网分叉之虞的去中心化方式来生瑞波特殊点列表的方法

Tong, Peter