V观点:白皮书解析五:Vortex共识机制

共识机制

共识机制是区块链系统的基础,各个节点就某条数据或拟定交易的价值达成一致并就此对账本进行更新的机制。常见的共识机制有PoW(工作量证明),PoS(股权证明),DPoS(委托权益证明),PBFT(拜占庭容错)等。

PoW:Proof of Work,工作量证明

依赖机器进行数学运算来获取记账权,资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱,同时每次达成共识需要全网共同参与运算,性能效率比较低。

PoS:Proof of Stake,权益证明

节点获得区块奖励的概率与该节点持有的代币数量和时间成正比,在获取区块奖励后,该节点的代币持有时间清零,重新计算。相对于PoW,一定程度上减少了数学运算带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升。但由于代币在初期分配时人为因素过高,容易导致后期差距过大。

DPoS:Delegate Proof of Stake,委托权益证明

所有持有代币的用户都可以参与到网络治理,投票选出若干委托节点,区块链完全由这些委托节点按照一定算法生成和维护,类似于美国的议会。DPoS资源消耗和容错性与PoS相似,但DPoS比PoS高效。

Casper:投注共识

以太坊下一代的共识机制,每个参与共识的节点都要支付一定的押金,节点获取奖励的概率和押金成正比,如果有节点作恶押金则要被扣掉。

PBFT:Practical Byzantine Fault Tolerance,拜占庭容错

拜占庭容错算法是一种基于消息传递的一致性算法,算法经过三个阶段达成一致性,这些阶段可能因为失败而重复进行。假设节点总数为3f+1,那么f为容许的最大恶意节点数。

Paxos/Raft

Paxos实现过程由proposer 提出提案,先争取大多数 acceptor 的支持,超过一半支持时,则发送结案结果给所有人进行确认。如果 proposer 在此过程中出现故障,可以通过超时机制来解决。Paxos 可以容忍故障节点,但不具备对恶意节点的容错性,这也使它适用于一个可信的应用场景。Raft算法则是对Paxos算法的一种简单实现。

共识机制有各自的优缺点,适应不同的场景,对比结果如下表:

Vortex共识机制

VNT Chain的公有链网络VNT_P采用一种全新的Vortex共识机制,融合了DPoS与BFT,可达到10000+TPS,同时保证共识安全,并实现快速终局。

共识效率

Vortex共识机制融入DPoS,能够加速打包交易、生成区块和验证区块,获得较高的交易吞吐量;同时对传统BFT算法进行改进,把交易和共识拆分在两个通道中做异步处理,提升消息处理效率;取消交易全网广播,降低网络带宽需求;并采用GPU对共识过程中的验签环节进行加速,提升通信效率。

我们还会通过FPGA实现共识验证的系统运行框架,通过执行TCP/IP协议进行点对点连接,采用ARP、ICMP、DHCP辅助TCP/IP协议与其他FPGA节点交互,缩短TCP/IP堆栈;同时将数据消息转化为满足共识协议需要的报文格式,对数据消息进行传递广播,其他FPGA节点收到后发送反馈并进行投票。

终局性与安全

通过融入BFT,Vortex能够实现快速终局,任何交易经过一段时间之后,总能被区块链最终确认,并且无法进行回滚。此外Vortex能够应对各种攻击,包括Nothing at stack、Long range attack、Double spending attack、 Bribery attack等,有效防止分叉和数据篡改。

网络治理

所有VNT Chain的用户都可以参与到VNT_P网络的治理。在Vortex共识机制中,用户通过投票可以选择出认可的委托节点,委托节点的行为受所有用户监督,VNT Chain的用户有权利罢免恶意的委托节点。

此外Vortex的设计还融入激励机制,对区块链网络中的交易打包节点、交易传输节点、监督节点进行奖励,形成高效的传输通路和快速处理交易,对揭露节点恶意行为进行奖励。

小结

Vortex是VNT Chain团队开发的一种新的共识机制。相比于公有链常用的几类共识机制,Vortex在保证共识效率的同时,确保快速实现交易的终局性,防止交易回滚;同时在网络中可保证持续的安全运行,在部分委托节点作恶的情况下也能继续工作,并通过投票来替换恶意的委托节点,直到恢复到100%可靠的委托节点。基于Vortex共识算法,VNT Chain可保证交易快速、安全的执行,为价值流转提供可靠服务。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180723A1CQMZ00?refer=cp_1026
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