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在GaiaWorld公链中,地址是如何成功锻造一个区块的?

微信公众号:GAIAWorld

要讨论一个区块的诞生,一个地址如何成功锻造一个区块就一定绕不开讨论共识机制。共识机制是分布式系统的核心,在P2P网络中,互相不信任的节点通过遵循预设机制最终达到数据的一致性称为共识。

在Gaia链中,我们独创了CPoS(Competition Prove of Stake)共识机制,它不仅是Gaia链最为核心的技术之一,也是Gaia链区别于其他公链、优于大多数公链的关键技术。CPoS,在解决区块链的安全性、扩展性、性能效率和能耗代价问题上,相比PoS和PoW共识机制都有了长足的进步。

那么在GaiaWorld公链设计的CPoS共识机制之下,一个地址是如何成功锻造一个区块的呢?(锻造区块:类似于在以太坊中挖矿)。

  • 参与锻造委员会成为锻造委员
  • 计算投票权,投票权最高即拥有锻造区块的权利
  • 锻造区块

简单来说,以上三步就是一个地址获得锻造区块权利、完成区块锻造的全部过程,每一步的实现过程,详细情况如下:

第一步:参与锻造委员会成为锻造委员

锻造委员是Gaia链一个拥有创建区块权利的地址合集。地址只有参与我们的区块锻造委员会,成为其中的锻造委员才有权利锻造区块。这也是前提条件。

为了防止节点作恶,加入委员会需缴纳一定数量以上的Gaia作为保证金,保证金的作用在于:

1、如若节点作恶,会被罚没保证金,因此保证金较高的地址,作恶可能性较小;

2、保证金数量与投票权益值相关。

锻造委员会又分为256个组,每个组依次公平的享有锻造权利。加入锻造委员会后,地址即会被分配到编号为0——255的组中的任意一组中,影响分配的因素有:地址的后8-bit、保证金数量、随机数、当前区块高度。Gaia链将分为两种情况对地址进行分组和计算投票权。

第二步:计算投票权,锻造委员中投票权最高者获得锻造区块的权利

情况一:

新申请加入锻造委员会的地址,首次将根据地址后8-bit落入对应编号为0-255组中的其中一组。除此之外,“新委员”需要等待400,000个区块高度时间才有投票权,这是为了防止新加入地址投机到委员较少的组别中去。

经过40,0000区块高度时间的新委员,他的初始投票权假设为K,K是一个以随机数p和保证金a为自变量的对数函数。并且,每经过256个区块高度(一轮区块时间),投票权就会增加初始投票权K值,10轮封顶,不再增加。

最后,在当前分组中排名前10 的锻造委员还会获得额外的排名投票权。

总投票权=累积投票权+排名投票权

情况二:

当一个组中的锻造委员成功地将区块添加到区块链中后,该锻造委员的投票权将会清零,也会被分配到新的组别中。分组依据为:委员地址、当前区块高度、随机数,这三者哈希函数H(X,Y,Z)的最后8-bit值。

同样,每经过256个区块高度时间,投票权增加K(初始投票权),10轮封顶。

每组前10名会获得额外的排名投票权。

总投票权=累计投票权+排名投票权

了解了两种情况之下总投票权的计算方式后,我们来解答设计累计投票权和排名投票权的原因。


问答一:

1、 为什么要随着区块高度的增加而累计K?

在Gaia链中,并不需要太多的保证金门槛即可加入锻造委员会,锻造节点的成本相对来说是非常小的,加入时间成本因素能够让更多小额地址在付出时间成本后拉大与新加入地址的投票权差距,增加锻造节点的可能。

P值增加K*n(n≤10)极大的拉开了新加入地址与已等待地址的投票权差距的同时,不断更新着锻造委员会的投票权益,这样能够防止恶意节点串通控制几个相连的节点进行双花攻击。

而将这个累计值控制为10倍上限,是为了控制微金额地址加入锻造委员的数量,因为保证金过少的委员在稳定性和可信度方面不如缴纳了大额保证金的锻造委员。

也就是说,在安全性和公平性之间,Gaia设置了一个平衡点。

问答二:

2、 为什么排名前10 的锻造委员会获得额外的排名投票权?

排名投票权的设计则是为了安全考虑,设排名为R,则排名投票权为2(11-R)次方,将排名前10的委员的投票权与其他委员拉开较大的差距,避免被恶意委员联合攻击的风险。

不难看出,在Gaia链中,投票权与保证金数量的正相关关系相比PoS机制是特意降低过的,这样是为了激励更多锻造委员参与到区块锻造中来,既能够保证小额锻造委员的锻造权益,也能够保证有更多节点主体参与到维护公链中来,避免中心化节点对公链造成威胁。

总结:

以上简单的描述了在Gaia链中一个地址是如何加入锻造委员会,如何获得区块锻造权利的,但CPoS的设计细节远不止于此,并且还涉及到与加密算法、验证节点权益状态等技术的交叉,我们将在之后的文章中进行逐步的分析,大家也可以通过我们的技术白皮书获得更多技术细节。

万变不离其宗,安全性、扩展性、性能效率和能源消耗等特性的提高是我们对CPoS设计的初心和不倦地追求。如何在保证每秒可处理交易数量速度的前提下达到一致性、防止分叉和二次支付、如何支持网络节点的扩展,以及是如何在这些指标之间达成平衡,这样的千千万万的技术细节都是我们考量的因素之一。

(注:文章涉及的具体数字不作为GaiaWorld公链最终版本依据。)

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