产业气象站 雪崩协议(Avalanche)共识机制3.0探究

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来源:共识未来
原文标题:雪崩协议(Avalanche)共识机制3.0探究
文|袁浩
引言:
在上周美国旧金山举行的BlockchainWeek上 , 康奈尔教授埃米·冈·瑟勒(EminGunSirer)对其领导的BloXroute及Avalanche项目进行宣讲 , BloXroute是一个Layer0的底层协议 , 致力于开发跨链的区块支付网络 。
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而雪崩协议(Avalanche)则是一个新型的区块链共识协议 , 分布式系统领域中 , 不是每天都有人告诉你“我有一个新的突破” 。 但 , Avalanche可以说是一个公式共识算法的重大突破和创新 , 这个算法家族集成了经典的Non-Byzanting共识算法和Nakamoto共识算法(即POW)两者的特点 , 做到简单而又强大 。
今年5月份 , 匿名团队TeamRocket同Sirer教授合作 , 在IPFS上发表了题为“SnowflaketoAvalanche:ANovelMetastableConsensusProtocolFamilyforCryptocurrencies”的论文 。 该论文关注于具体的细节和证明上 , 因此很难被非专业人士理解 。 而目前国内对这个共识协议还甚少了解 , 在此 , 我对它进行一个尽量简化和可视化的分析 。
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两类共识协议当许多分布式计算机共享相同的任务和资源时 , 共识是最重要目标之一 。
典型的例子是:在多个服务器上维护金融系统中的帐户余额 。 金融机构不依靠单一数据库来存储数据 , 而是利用分布在全球不同地理位置的机器来处理这些交易 。 他们需要一种方法来让所有这些机器数据是一致的 , 进而它们所反映的帐户余额也是一致的 。
另一个例子是:保持对亚马逊在线购物服务的一致性 。 为了在全球范围内扩展服务 , 数据必须(在地理上)分布于不同的大型数据中心上 。 亚马逊需要定期查看其库存产品 , 否则可能会发生无法意料的事情 。 例如 , 库存的最后一件商品肯能会重复出售给两个不同的人 。
共识机制一直是计算机科学中的一个重要问题 。 为此 , 学者和工程师们在过去40年中一直在努力寻找有效的解决方案 。 在分布式系统领域 , 目前只存在两组主要的共识协议族 。 我们接下来将会描述着两组协议族 。
第一类协议被称为经典共识协议BFT , 它是由两位伟大的计算机科学家LeslieLamport和BarbaraLiskov在1982年共同开发的 。 他们两人都是图灵奖获得者(相当于计算机科学家的诺贝尔奖) 。 我们熟知的国产公链代表小蚁NEO就是采用此共识机制 。 该协议采用“许可投票、少数服从多数”的记账机制 , 允许33%的容错 , 优点是可以快速结算和快速担保交易 。
然而 , 这也是有代价的:
它们无法扩展到1000个节点以上 。 这是因为它们通信成本正比于节点个数的二次方 , 即O(n?) 。 他们要求网络中的每个人都知道所有其他参与者 。本质上 , 他们的安全性取决于法定数量的节点所作出的一致判断 , 这些节点确认看到同样的事情并进行认定 。 在构建私链时 , 这种方法是合理的 , 但是 , 当您处于不受信任的节点的动态环境中时 , 这种方法并不适用 。
因此 , 公链可能需要基于另一种不同的共识协议 , 当然也有针对经典共识协议作出的一些改进(诸如动态调节节点 , 修改底层网络拓扑等) , 但比较适合联盟链的应用场景 。
中本聪共识协议POW2009年 , 另一个类协议POW被提出来了 。 中本聪提出了他的新协议系列 , 并展示了它独特的稳健性:
我们不需要知道参与网络的所有节点 。 任何节点都可以在任何时间点离开或加入 , 任何矿工都可以提出一个区块并参与系统 。 它可以扩展到分布在全世界的大量节点和参与者 。然而这些优点也是有代价的 , 特别是: