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  • 公链开发也经历了从比特币到以太坊再到EOS的探索发展历程,在这个过程中,使用的共识机制也在不断变化完善,今天我们就来讲讲公链开发中共识机制的优缺点和痛点分别是什么? 我们先来看看目前主流公链采用的共识...

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      公链开发是区块链技术的一个重要应用方向,公链是区块链的底层协议,是区块链世界的“操作系统”,为各种应用开发提供基础技术支撑,是未来区块链技术落地应用的核心基础。公链开发也经历了从比特币到以太坊再到EOS的探索发展历程,在这个过程中,使用的共识机制也在不断变化完善,今天我们就来讲讲公链开发中共识机制的优缺点和痛点分别是什么?

      我们先来看看目前主流公链采用的共识机制有:PoW、PoS、DPoS 和PBFT。

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      工作量证明机制 Proof of Work(PoW)是指获得多少代币,取决于主体挖矿贡献的工作量,一般来说,电脑性能越好, 分给矿工的矿就会越多。代表币种:BTC、LTC 和现阶段的 ETH。

      权益证明 Proof of Stake(PoS):类似于财产储存在银行,这种模式会根据你持有代币的量和时间,分配给你相应的利息。简单来说,就是指谁拥有的币多(需要钱包在线),谁就有发言权, 所以 PoS 就是根据在线钱包的持币比例来证明谁有发言权。

      授权权益证明Delegated Proof of Stake(DPoS):让每一个持有某种资产的人进行投票,由此产生一定数量的代表 ,再由选举产生的代表按照某种机制出块。从某种角度来看,DPoS有点像是议会制度,如果代表不能履行他们的职责(比如出现作弊等情况,他们会被除名,网络会选出新的节点来取代他们。代表币种:EOS。

      实用拜占庭容错算法 PBFT PracticalByzantine Fault Tolerance(PBFT):PBFT 是一种状态机副本复制算法,即服务作为状态机进行建模,状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态,同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母 R 表示,使用 0 到|R|-1 的整数表示每一个副本。为了描述方便,假设|R|=3f+1,这里 f 是有可能失效的副本的最大个数。

      对于 PoW 共识机制:由于专业矿工和矿机的存在,最终算力过度集中让社区趋向中心化发展,矿霸事件频出,容易遭受 51%攻击造成交易回滚,用户损失资产;同时扩展性较弱,性能较低,此外,大量重复计算产生的高能耗也是 PoW 被诟病的原因之一;

      对于 PoS 和 DPoS,这种不需要消耗太多算力即可达成共识的机制对 PoW 的上述缺陷有所弥补,但依靠代币数量获得出块又形成了新的中心化趋势,而且实现过程复杂容易分叉,需要运行大量的节点保证公链网络正常,这样会造成网络流量压力大,中间步骤存在安全漏洞。

      与互联网的架构不同,区块链底层协议的价值远远超过应用层,底层公链仍将是现阶段区块链行业的攻关重点,各公链在可扩展性、应用性、共识哲学,以及应用生态搭建上的角逐将长期延续。

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  • 区块连为何依靠共识社区发展伯连文案组近来区块连技术倍受关注,可谓是异常火爆,本文将从社区共识方面看区块连...正因为大家有了共识才出现的所谓的社区,社区是什么?是一个很多群体或者聚集在一个领域里的大集...

    区块连为何依靠共识社区发展

    伯连文案组

    近来区块连技术倍受关注,可谓是异常火爆,本文将从社区共识方面看区块连发展。

    关注区块连项目的朋友们大多都听说过共识机制,也可能知道共识机制是区块连网络用来达成交易确认共识的协议。

    共识一直会随着人的意识,岁月的位移而改变,一直未有一种共识的协议出现,直到区块连,才有了共识机制。

    正因为大家有了共识才出现的所谓的社区,社区是什么?是一个很多群体或者聚集在一个领域里的大集体。社区不是一群人在一起,而是一群人来集体做一件事情。

    1:好比我最近看电视中的西楚霸王(项家军)志同道合走在一起,有了共识,人人认可的共识。灭秦复楚成了他们的共识,最终秦国被灭,然而项羽的结局大家都知道,自刎乌江。

    2:相信现在很多年轻人都玩王者荣耀吧,王者荣耀手游的用户量高达3亿,这些人包括我。是因为王者荣耀,好玩,、操作性高,、公平对战,故才组织了一个将近3亿人的社区,有一天你觉得这款手游慢慢的不合你胃口了,你不玩了,你将因为共识和别人不达成一致而退出王者荣耀社区。

    共识是社区组建的核心观念,而共识也是区块连的核心价值,不过,无论是现实社区,或者网络社区,还是我楼上列举的这些社区群体,都有中心化,也就是社区有创始人,或者是决策人,极少数人参与,中心化运作。

    所以,基于去中心化的区块连社区应运而生,这就类似开源社区,好比比特币社区。

    比特币区块连的核心技术框架采用C++语言开发,共识算法采用POW算法,通过工作量(挖矿)证明获得记账权,实现全网记账。

    区块连社区和一般网络社区的区别之一就是它是没有边界的,它就像一个宇宙,由一个点爆发和膨胀,有限而无边界,正如它的核心技术P2P一样,可以在任何时候自由加入、自由退出。

    在P2P对等网络中,每个节点都具有高度自治的特征。节点之间彼此可以自由连接,形成新的连接单元。节点与节点之间的影响,会通过网络而形成非线性因果关系。,这就是区块连社区。区块连社区最大的优势是开放、扁平化、平等,社区每一个成员均成为了一个微小且独立的贡献者,参与到区块连项目的发展中来。

    这也正是人类的核心价值观:独立、自由、平等。因为区块连社区符合人性深层次的需求,所以,区块连社区大火,继而区块连火热,这就是区块连为什么这么火的原因所在?。

    区块连火我们从社区方面来看,我们并不感觉意外,今天小编要介绍的是伯连bottos社区。

    伯连社区是由广大伯粉,伯连志愿者以及区块连爱好者自发的形成的区块连生态社区,是国内领先的区块连公益社区。大家出于对区块连和伯连的热爱与信任才汇聚在一起,为了伯连的建设和未来发展共同努力。伯连社区由2017年9月20号开始组建,目前社区人数已经达到将近15万人,线上论坛注册人数超过7万,日常活跃人数超过2万。

    广大伯粉组建的生态社区,社区人员的共识就是,推动区块连发展,见证人工智能时代的到来,还有一个就是投资获利。

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  • PoW、PoS 和 DPoS 共识机制有什么区别

    万次阅读 2019-04-01 09:33:47
    PoW、PoS、DPoS区块链不同的共识机制,区块链的核心技术,当区块链技术越来越多地被应用,共识机制也就需要不断的改进,今天BB财经为大家介绍区块链共识机制的发展。 一、POW(Proof of Work,工作量证明)简介 ...

    PoW、PoS、DPoS是区块链不同的共识机制,是区块链的核心技术,当区块链技术越来越多地被应用,共识机制也就需要不断的改进,今天BB财经为大家介绍区块链共识机制的发展。
    一、POW(Proof of Work,工作量证明)简介
    POW(Proof of Work,工作量证明),简单粗暴,就是组织庞大的算力,来解一个难度非常高的数学题,你拥有的算力越多,解题越简单,获得的比特币也就越多,可谓是“多劳多得”的典型代表。我们都知道比特币使用的就是POW 共识机制, 比特币已经运行了10年, 这种机制也得到了证明。但随着时间推移,POW共识机制的问题也越来越明显,它不仅效率低下,同时也浪费了太多能源。
    POW(Proof of Work,工作量证明)优缺点分析
    POW优点
    1. 机制本身当然很复杂,有很多细节,比如:挖矿难度自动调整、区块奖励逐步减半等,这些因素都是基于经济学原理,能吸引和鼓励更多人参与。
    2. 理想状态,这种机制,可以吸引很多用户参与其中,特别是越先参与的获得越多,会促使加密货币的初始阶段发展迅速,节点网络迅速扩大。在Cpu挖矿的时代,比特币吸引了很多人参与“挖矿”,就是很好的证明。
    3. 通过“挖矿”的方式发行新币,把比特币分散给个人,实现了相对公平.
    POW缺点
    1. 算力是计算机硬件(Cpu、Gpu等)提供的,要耗费电力,是对能源的直接消耗,与人类追求节能、清洁、环保的理念相悖。不过,如果非要给“加密货币”找寻“货币价值”的意义,那么这个方面,应该是最有力的证据。
    2. 这种机制发展到今天,算力的提供已经不再是单纯的CPU了,而是逐步发展到GPU、FPGA,乃至ASIC矿机。用户也从个人挖矿发展到大的矿池、矿场,算力集中越来越明显。这与去中心化的方向背道而驰,渐行渐远,网络的安全逐渐受到威胁。有证据证明Ghash(一个矿池)就曾经对赌博网站实施了双花攻击(简单的说就是一笔钱花两次)。
    3. 比特币区块奖励每4年将减半,当挖矿的成本高于挖矿收益时,人们挖矿的积极性降低,会有大量算力减少,比特币网络的安全性进一步堪忧。
    二、POS(Proof of Stake,权益证明)简介
    为了解决POW的问题,POS机制顺理成章地诞生了。POS(Proof of Stake,权益证明)是根据你持有货币的量和时间进行利息分配的制度。POS机制最核心的逻辑就是——谁持有币,谁就有网络的控制权。在POS机制中,仍然存在算力挖矿,需要算力解决一个数学难题。但数学难题的难度和持币者的“币龄”相关。简单来说,持币者持有币的时间越长,难题越简单,挖到币的概率越大。
    但POS的问题是,大多数的持币人没有足够的专业知识或足够的预算,无法达到高性能节点所需的计算机硬件和软件要求。
    POS(Proof of Stake,权益证明)优缺点分析
    POS优点
    1. 节能。不用挖矿,不需要大量耗费电力和能源。
    2. 更去中心化。首先说,去中心化是相对的。相对于比特币等PoW类型的加密货币,PoS机制的加密货币对计算机硬件基本上没有过高要求,人人可挖矿(获得利息),不用担心算力集中导致中心化的出现(单用户通过购买获得51%的货币量,成本更高),网络更加安全有保障。
    3. 避免紧缩。PoW机制的加密货币,因为用户丢失等各种原因,可能导致通货紧缩,但是PoS机制的加密货币按一定的年利率新增货币,可以有效避免紧缩出现,保持基本稳定。比特币之后,很多新币采用PoS机制,很多采用工作量证明机制的老币,也纷纷修改协议,“硬分叉”升级为PoS机制。
    POS缺点
    1. 纯PoS机制的加密货币,只能通过IPO的方式发行,这就导致“少数人”(通常是开发者)获得大量成本极低的加密货币,在利益面前,很难保证他们不会大量抛售。
    2. PoS机制的加密货币,信用基础不够牢固。
    3. 为解决这个问题,很多采用PoW+PoS的双重机制,通过PoW挖矿发行加密货币,使用PoS维护网络稳定。或者采用DPoS机制,通过社区选举的方式,增强信任。
    三、DPOS(Delegated Proof of Stake ,代理权益证明)简介
    DPOS(Delegated Proof of Stake ,代理权益证明)是一种基于投票选举的共识算法,有点像民主大会,持币人选出几个代表节点来运营网络,用专业运行的网络服务器来保证区块链网络的安全和性能。DPOS机制中,不需要算力解决数学难题,而是由持币者选出谁说生产者,如果生产者不称职,就有随时有可能被投票出局,这也就解决了POS的性能问题。
    在DPOS机制下,算法要求系统做三件事:
    第一,随机指定生产者出场顺序;
    第二,不按顺序生产的区块无效;
    第三,每过一个周期洗牌一次,打乱原有顺序;
    而且,DPOS允许所有矿池每三秒钟轮换一次,并且其他人已被安排在后续进程中,于是,没有人可以在预设位置外生产区块。如果一个块生产者这么做了,就可能被投票出局。
    DPOS(Delegated Proof of Stake ,代理权益证明)优缺点分析
    DPOS优点
    1. 能耗更低。DPoS机制将节点数量进一步减少到101个,在保证网络安全的前提下,整个网络的能耗进一步降低,网络运行成本最低。
    2. 更加去中心化。目前,对于比特币而言,个人挖矿已经不现实了,比特币的算力都集中在几个大的矿池手里,每个矿池都是中心化的,就像DPoS的一个受托人,因此DPoS机制的加密货币更加去中心化。PoS机制的加密货币(比如未来币),要求用户开着客户端,事实上用户并不会天天开着电脑,因此真正的网络节点是由几个股东保持的,去中心化程度也不能与DPoS机制的加密货币相比。
    3. 更快的确认速度。每个块的时间为10秒,一笔交易(在得到6-10个确认后)大概1分钟,一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟。而比特币(PoW机制)产生一个区块需要10分钟,一笔交易完成(6个区块确认后)需要1个小时。点点币(PoS机制)确认一笔交易大概也需要1小时。
    DPOS缺点
    1. 投票的积极性并不高。绝大多数持股人(90%+)从未参与投票。这是因为投票需要时间、精力以及技能,而这恰恰是大多数投资者所缺乏的。
    2. 对于坏节点的处理存在诸多困难。社区选举不能及时有效的阻止一些破坏节点的出现,给网络造成安全隐患。

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  • 区块链共识机制之拜占庭算法(BFT)及其发展 本文为哈尔滨工程大学计算机学院2020春季区块链技术课程的附加作业,由三位同学(2017201123王凯出,2017201406韩枫,2017201427王家旭)查阅相关资料和相关论文进行...

                                  区块链共识机制之拜占庭算法(BFT)及其发展

    本文为哈尔滨工程大学计算机学院2020春季区块链技术课程的附加作业,是由三位同学(2017201123王凯出,2017201406韩枫,2017201427王家旭)查阅相关资料和相关论文进行的总结描述,才疏学浅,如本文存在纰漏,还请指出,不胜感激。

    一、什么是拜占庭将军问题

    首先假设有10支军队,这10支军队在地域上分散驻扎,每支军队都由各自的将军指挥,将军们只能通过信使相互沟通。在观察敌情之后,他们必须制定一个共同的行动计划,如进攻或者撤退,只有当半数以上的将军共同发起进攻时才能取得胜利,其中一些将军可能是叛徒,负责消息传递的信使也可能是叛徒。

     

    叛徒可能擅自变更进攻意向或者进攻时间,甚至是传递假的进攻消息,在这种状态下,10名将军们能否找到一种分布式的协作方式,来让你们能够远程、准确无误的协商,从而赢取战斗呢?通过这个比喻,表达了计算机网络中所存在的一致性问题。这个问题被称为拜占庭将军问题。

    拜占庭将军问题是由莱斯利·兰波特等人在其论文《The Byzantine Generals Problem》中提出的分布式对等网络通信容错问题。,他证明了将军总数>3f,背叛者<=f时,忠诚的将军可以达到一致的命令,即背叛者小于忠诚者一半人数。算法复杂度为O( n ^ (f+1) )。面向拜占庭将军问题的容错算法,解决的是网络通信可靠,但节点可能故障情况下的一致性达成。但由于此这一算法在实际的分布式系统中几乎无法应用。

    二、实用拜占庭容错算法(PBFT算法)

    该算法是Miguel Castro和Barbara Liskov在1999年提出来的,解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题,算法的时间复杂度是O(n2),可以在实际系统应用中解决拜占庭容错问题。

    PBFT 可以保证如果我有3f+1的节点的话,即使其中有 f个错误或者没有响应,我依然可以得出共识的正确结果。我们共用3f+1个节点进行投票,假设一共有n个节点,当其中f个节点未响应或出错时,只能从剩下的n-f个节点进行判断。其中最坏的结果是f个节点都没有出错,而n-f个之中有f个出错,那么就剩n-2f及f+1个正确节点,多数者胜出,还是会判断正确。

    PBFT算法的基本流程主要有以下四步 :

    1)客户端发送请求给主节点

    2)主节点广播请求给其它节点,节点执行PBFT算法的三阶段共识流程。

    3)节点处理完三阶段流程后,返回消息给客户端。

    4)客户端收到来自 f+1 个节点的相同消息后,代表共识已经正确完成。

     

    算法的核心三个阶段分别是pre-prepare阶段( 预准备阶段),prepare阶段( 准备阶段),commit 阶段(提交阶段)。图中的C代表客户端,0,1, 2, 3代表节点的编号,打叉的3代表可能是故障节点或者是问题节点,这里表现的行为就是对其它节点的请求无响应。0是主节点。

    Pre-prepare阶段:节点收到pre-prepare消息后,会有两种选择,一种是接受,一 种是不接受。什么时候才不接受主节点发来的pre-prepare消息呢? -种典型的情况就是如果-一个节点接受到了一条pre-pre消息,消息里的v和n在之前收到里的消息是曾经出现过的,但是d和m却和之前的消息不一-致,或者请求编号不在高低水位之间,这时候就会拒绝请求。拒绝的逻辑就是主节点不会发送两条具有相同的v和n,但d和m却不同的消息。

    Prepare阶段:节点同意请求后会向其它节点发送prepare消息。这里要注意一点,同一时刻不是只有一一个节点在进行这个过程,可能有n个节点也在进行这个过程。因此节点是有可能收到其它节点发送的prepare消息的。在一-定时间范围内,一个节点如果收到2f个不同节点的prepare消息,就代表prepare阶段已经完成。

    Commit阶段:于是进入commit阶段。向其它节点广播commit消息,同理,这个过程可能是有n个节点也在进行的。因此可能会收到其它节点发过来的commit消息,当收到2f+1条commit消息后(包括该节点本身),代表大多数节点已经进入commit阶段,这一阶段已经达成共识,于是节点就会执行请求,写入数据。

    三、高低水位解释

    先介绍几个名词:

    checkpoint,是当前节点处理的最新请求序号。比如一个节点正在共识的一个请求编号是1,那么对于这个节点,它的 checkpoint 就是1。

    stable checkpoint,是已经共识完成的最大请求序号。也就是 f + 1个节点请求编号是10 ,那么stable checkpoint就是10。stable checkpoint为的是减少内存占用。当稳定是stable checkpoint是10 ,那么代表 10 号之前的记录已经共识过的了,可以删掉了。

    stable checkpoint 可以设置一个范围,即水位,他的最小值叫下水位,最大值就高水位,他们的差 L 可以自定义。

    图中A节点的当前请求编号是1039, 即checkpoint为1039,B节点的checkpoint为1133。当前系统stable checkpoint为1034。那么1034这个编号就是低水位,而高水位H=低水位h+L,其中L是可以设定的数值。因此图中系统的高水位为1034+100=1134。

    举个例子:如果B当前的checkpoint已经为1134, 而A的checkpoint还是1039,假如有新请求给B处理时,B会选择等待,等到A节点也处理到和B差不多的请求编号时,比如A也处理到1112了,这时会有一个机制更新所有节点的stabel checkpoint,比如可以把stabel checkpoint设置成1100, 于是B又可以处理新的请求了,如果L保持100不变,这时的高水位就会变成1100+100=1200了。

     

    四、拜占庭算法的发展(EPBFT算法的设想)

    结合区块链系统实际应用情况以及PBFT算法的缺陷,提出以下几点主要可改进的方案:

    1) 改变客户端单点提交请求到主节点方案,而是向全网广播附上签名的交易数据。这样的方式更适合 P2P 环境。

    2) 增加主节点选举过程,在主节点宕机或者被从节点“推翻之后”,进行主节点选举,选举标准按照最长链原则,选取拥有处理过最大视图号与最大编号请求的节点为新的主节点。

    3) 增加数据同步及验证过程,在主节点选举完成后进行数据同步,同步时从节点对同步数据进行验证,若验证通过,才正式承认新的主节点,开始下一轮共识过程。

    4) 通过给节点设置一系列状态,在不同的状态节点拥有不同的行为,共识节点通过在不同状态之间的转换从而在集群中拥有完整生命周期,从节点与主节点通过心跳保持联系, 从而使集群中的节点可以动态地加入和退出,使得在节点变动时不必重启系统,增加系统可用性。节点的状态转换过程如下图:

     

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