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解密区块链最强心脏迅雷链共识算法详解

发布时间:2018-11-14 09:56:48  来源:互联网     背景:

  11月10日在广州贝塔咖啡举办的迅雷链技术沙龙上,迅雷链底层工程师张骁就迅雷链共识

  算法的内在细节,向到场的开发者和区块链爱好者做了详细解读。DPoA+PBFT的算法保证了分布式系统中的强一致性和高效率共识,吸引了在场来宾的关注。

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  什么是共识算法?

  张骁认为,区块链建立在分布式系统上,有若干个节点,每个节点都会维护自己的数据,这些数据需要保证一致性。如果不同的节点提供的数据不同,就不是一个能够正常对外工作的分布式系统。所以在区块链中,需要把这些数据通过复制和同步,来保持一致性,这个过程就叫做共识。

  共识过程中所使用的算法就叫共识算法。对于区块链来说,共识算法的作用就是制定达成共识的标准,即当数据有所不同时,以谁的为准。张骁深入浅出,用通俗易懂的方式,解释了这个概念。

  当前主流共识算法的分类

  张骁表示,目前共识算法可分为分为概率一致性共识和绝对一致性共识。

  概率一致性共识算法是指在某一个时间点上,允许数据有一些不一致情况的算法。比如比特币采用的算法,就是一种典型的概率一致性算法。比特币达成共识的过程中,如果在同一个时间点有两个不同的节点,都找到了满足这个条件的计算公式,就相当于都可以产生一个区块,然后就产生了分叉。当然,这种分叉是会被下一轮的挖矿和共识过程所修正的,最终还是会达成一致,但在其诞生后的一小段时间里,是无法达成一致的。

  绝对一致性共识算法是指数据始终保持一致性的算法,它通过牺牲一定的可用性,保证了数据的一致,其中又可以细分CFT和BFT两个类型。

  CFT算法的特点是确定一个固定的节点数量,只要有达到这个数量的节点确认,那么共识就算达成。比如总共有11个节点,确定只要4个节点投票确认某次交易,那么这次交易就算完成。这样做的结果是交易确认速度很快,同时结果永远都是确定的,而且不会出现分叉。

  BFT算法是另外一种常见的绝对一致性算法,它达成共识的过程分为三个阶段,分别是预准备、准备还有提交,其共识过程是:

  1.预准备阶段:某个节点为从客户端收到的请求分配提案编号,然后发出预准备消息,广播给其它节点;

  2.准备阶段:其它节点收到预准备消息后,检查消息合法性,如果检查通过则向其他节点发送准备消息,并带上自己的ID信息,同时接收来自其他节点的准备信息。收到准备消息的节点对消息同样进行合法性检查验证,全网中至少2/3的节点验证过的消息,才会真正进入准备状态;

  3.提交阶段:向全网所有节点广播进入准备状态的消息,然后由所有节点进行投票,投票数达2/3后该消息通过。

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  各种共识算法的优缺点

  张骁指出,以比特币为代表的概率一致性算法的缺点是,对确认时间的要求比较长。比特币出块速度为10分钟,同时还要经过6个区块的确认,才能得到最终的确定。即要经过60分钟之后,某个交易才能得到确认,而且还不一定能够保证支付成功。这在实际应用过程中是无法接受的,谁也不能付款后还要等1个小时,才能确定到底有没有完成付款、拿走东西。

  因此,概率一致性算法不适合实际商用,无法满足实际商业场景中对交易确认速度、并发处理的要求。

  CFT算法的问题是不能防止节点间的撮合,比如有4个相熟的节点勾结到一起,这样几乎就可以确认所有交易。同时也不能防止节点作恶,比如一个节点向其中4个节点发出一个确认请求,再向其它的节点发出另一个完全相反的确认请求,这样就会同一时间形成两个完全不同的交易结果,由此导致系统出现偏差。

  因此,CFT算法基本只能在能够确保节点诚实度的情况下使用,比如私有链。

  BFT算法弥补了CFT的漏洞,杜绝了节点撮合交易和作恶的可能性,每一次交易都经过两轮投票,多次验证,因此不会出现恶意交易的情况出现。

  但它有两个缺点,一是容错率变低,因为每轮投票都需要至少2/3的节点通过才行,所以BFT算法下,节点最多只能容忍不到1/3的节点出现故障,如果超过,整个区块链都不能运行。

  其次是由于要进行3个阶段,每个阶段都需要对全网进行广播,所以通信量非常大,是节点总数量的次方级。因此在节点数量比较多的情况下,BFT算法会显得效率很低,简单说,就是这种算法不太适用于多节点的区块链。

  迅雷链采用什么共识算法?

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  基于以上共识算法都无法满足要求,为了更好的适应各种大型商业场景,迅雷链提出了独有的同构多链架构结合DPoA+PBFT的共识算法。

  迅雷链基于玩客云共享计算提供的150万个节点而产生,迅雷链先是从这150万个节点中,挑选那些在线稳定、传输通畅、性能较好的优质节点,集中成一个备选池,再用DPoA算法,从这备选池里挑选出一定数量的节点,组成整个迅雷链的记账网络。这些节点会定期轮换、重选,以避免记账节点暴露,被外界攻击。

  而在记账过程中,采用PBFT算法。PBFT算法的优点是确认速度快、并发处理性能高,而且还永不分叉,有很强的一致性,非常适合于实际商用。

  但PBFT也有缺点,一是容错率低,需要保证记账节点拥有较高的在线率,二是通信量大,不适合于太多节点的区块链。迅雷链自身的特点,恰好弥补了这两个缺陷。

  首先,迅雷链所有记账节点都是优中选优挑选出来,而且还有大量备用,因此一来节点故障率本身就不高,二来一旦有节点出现故障,可以从备选池中立即选择新的节点来补上。150万+的总节点数,保证了随时都有足够的备选节点使用。

  同时由于是采用DPoA算法来挑选记账节点,所以在同一时间记账的节点数量不会很多,完美规避了PBFT算法通信量大的缺点。

  基于这种双重算法的设计,迅雷链才能在保证安全性、去中心化程度的同时,又能实现百万级TPS、秒级确认速度等超高性能,并能保证不分叉、不回滚,是目前最适合实际商用需求的区块链。

  张骁最后说,没有任何一种共识算法是最好的,我们不能说到底是POW好,还是DPoA+PBFT好。因为算法好不好,要根据实际承载的区块链来判定,通过区块链面向的业务场景和目标去考量。迅雷链作为区块链3.0时代的引领者,需要能够接纳更多的商户上链,能够达到百万级的TPS,能够让交易在每秒级别的时间当中确认。在这样的需求下,在结合到有150万以上节点的玩客云硬件支持,所以最终选择了DPoA+PBFT的算法,成就了迅雷链的最强心脏。






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