浅谈高性能高并发的公链系统Algorand

到现在为止，比特币已经存在了超过10年的历史。经过这10年的发展，出现了非常多的公链项目。大家都在从不同的角度对区块链的底层技术进行完善。目前做的最好的是以太坊，但以太坊受限于PoW的性能瓶颈，交易效率一直被诟病。EOS推出了基于DPoS的共识机制，目前来看，也是问题很多。2016年7月，MIT的教授Silvio Micali与其合作者陈婧发布了第一版本的Algorand论文，经过近1年的完善，于2017年7月正式对外发布。Algorand是什么呢？它是要解决什么问题呢？它如何解决这些问题？

Algorand是什么

Algorand是MIT机械工程与计算机科学系Silvio Micali教授与合作者陈婧于2016年提出的一个区块链协议，主要是为了解决比特币区块链采用的pow共识协议存在的算力浪费，扩展性弱、易分叉、确认时间长等不足。

Micali是一位密码学家和计算机理论学家，他因在伪随机数和零知识证明领域的成就而出名。（零知识证明是zk-SNARKS的基础，匿名区块链项目Zcash使用的就是零知识证明）。Micali还是图灵奖的获得者（该奖项有“计算机界的诺贝尔奖”之称）。

Algorand要解决什么问题？

Algorand使用了新的改良后的拜占庭协议，采用的是PoS证明机制，目标是解决10亿级用户的交易效率、公平以及安全性问题。

Algorand区块链协议的目标是：

1.能耗低，不管系统中有多用户，大约每1500名用户中只有1名会被系统挑中执行长达几秒钟的计算。

2.民主化，不会出现类似比特币区块链系统的“矿工”群体。

3.出现分叉的概率低于一兆分之一（即10-18）。假设Algorand中平均每分钟产生一个区块，这个概率意味着平均每190万年出现一次分叉。

4.可拓展性好。

Algorand是如何工作的？

支持10亿级的用户扩展

目前的大部分工作证明是采用类似争抢的方式进行。所有的工作节点竞争区块的产生权利。这会造成资源浪费和性能瓶颈。Algorand采用了随机选择的方式解决效率问题。首先会随机选择一部分用户来产生新的区块，然后再从这部分用户中随机选择一个小组的用户来对该区块进行生产和验证。在选择用户的过程中，用户被选中的概率与该用户在系统中持有的金额有关系。被选中的用户可以证明自己是被选中的，被选中的用户之间是相互知道的。

没有中心化节点，中立

由于是在整个系统中随机选择用户，所以既不会出现PoW那样的大矿池，也不会出现纯PoS机制产生的寡头，更不会像DPoS那样候选节点固定在一定范围内。Algorand机制下，所有节点都是均等的，哪个节点被选中是不可预测的。相比PoW的51%攻击，Algorand需要控制超过2/3的用户才能进行攻击。

没有损失的演进

Algorand如果需要改变运行规则，不需要通过分叉的方式进行，只需要审核通过后，就可以进行分叉。

没有分支链条，可以快速确认交易

在其他的区块链系统中，会同时有两个分支链条同时存在，经过竞争后，选择其中一个作为主干，分支链条废弃，然后在新的主干上再进行分裂，周而复始，不断分叉，选择主干，废弃，再分叉。这样的过程中，交易效率低，且交易确认周期拉长。Algorand出现分叉的概率为10-18，大概为宇宙的年龄那么长时间。

计算效率高

Algorand需要最少量的计算。没有难以解决的硬加密难题来生成块。Algorand中的用户只执行一些简单的操作。例如，用户可以验证数字签名，计算接收的消息的数量，或发送短消息。而且，随着网络的增长，这种计算量保持不变。这意味着在Algorand中，无论系统中的用户数量如何，交易成本都可以保持较低。

Algorand在系统高性能，用户高扩展、交易安全以及公平上给出了非常巧妙的解决方案。在金融领域，Algorand有着广泛的应用前景。随着Algorand的发展，有潜力成为全球金融基础设施的重要组成部分。

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