PoA Clique共识下新增验证者节点

在前一篇文章中，我们介绍了PoA Clique共识下如何新增同步节点。本文将介绍如何在PoA Clique共识下新增验证者节点。

Clique 共识是以太坊的权威证明（Proof of Authority, PoA）共识机制的一种实现，主要用于私链或测试链场景。在 Clique 共识中，验证者节点（Sealer Nodes）扮演了核心角色，负责区块的生成和链的维护。

1. 验证者节点的定义

验证者节点是 Clique 共识下的核心节点，负责以下任务：

• 提议新区块：验证者通过轮流机制（Round Robin）提议新区块。
• 签署区块：验证者在生成的区块中附加自己的数字签名，证明区块的合法性。
• 维持网络安全性：验证者是唯一能够出块的节点，防止了非验证者的恶意挖矿。

2. 验证者节点的特点

• 固定列表：验证者节点的身份是静态配置的，初始时由创世区块（genesis.json）定义。
• 动态调整：运行时可以通过投票增减验证者节点。
• 身份明确：验证者节点使用自己的账户地址作为身份标识。
• 无需高算力：不像 PoW 共识，Clique 共识不需要复杂的计算，因此验证者节点对硬件要求较低。

3. 验证者节点的职责

1. 轮流出块
   • 验证者节点按顺序轮流出块。
   • 如果轮到某个验证者，但它未及时出块（例如离线），下一个验证者将接替。
2. 遵守出块时间
   • 出块间隔通常为固定时间（period，默认 15 秒），定义在创世文件中。
   • 每个验证者节点只能在自己的时间段内出块。
3. 签署区块
   • 每个区块都必须由验证者节点签署，其签名信息保存在区块头中。
   • 验证者的签名证明区块是由合法的节点生成。
4. 防止恶意行为
   • 验证者不能连续生成多个区块（除非其他验证者离线）。
   • Clique 共识通过强制的冷却时间防止一个验证者频繁出块。
5. 参与验证者管理：验证者节点可以通过投票机制增加或移除其他验证者。

4. 验证者的管理

Clique 共识支持动态管理验证者节点：

• 增加验证者：现有验证者可以提议增加新的验证者节点，超过 50% 的验证者投票赞成后，新的节点将成为验证者：clique.propose("0xNewValidatorAddress", true)
• 移除验证者：现有验证者可以提议移除某个验证者，超过 50% 的验证者投票赞成后，目标节点将被移除：clique.propose("0xValidatorAddressToRemove", false)
• 验证者列表：以下命令查看当前的验证者节点列表：clique.getSigners()
• 检查当前出块状态：通过以下命令查看当前节点的出块活动：clique.status()

5. 验证者节点的出块机制

Clique 共识的出块机制如下：

1. 按顺序轮流出块：每个验证者按预定顺序生成区块，顺序在创世文件中定义或通过验证者列表确定。
2. 冷却时间：
   • 验证者在生成一个区块后，必须等待其他验证者出块后才能再次出块。
   • 如果强制出块，其他节点会拒绝该区块。
3. 容错机制：如果某个验证者离线，其他验证者会接管出块，网络仍能正常运行。

6. 验证者节点的设置

创世文件中定义验证者：在创世区块配置（genesis.json）中，可以通过 extraData 字段定义初始验证者。

示例：

"extraData": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000<validators_addresses_in_hex>0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"

<validators_addresses_in_hex> 是验证者地址的拼接，每个地址为 20 字节。

节点启动时开启挖矿：验证者节点需要使用 --mine 参数启动 Geth：

$ geth --datadir /path/to/data --networkid 1234 --mine --miner.etherbase "0xYourValidatorAddress" --unlock "0xYourValidatorAddress" --password password.txt

检查是否正在挖矿：通过以下命令查看节点是否正在挖矿：

eth.mining

返回 true 表示节点正在尝试生成区块。