区块链共识算法原理

Posted 2021-08-31 跨链技术践行者

两种共识算法：

拜占庭容错（BFT） Byzantine Fault Tolerance，非拜占庭容错（CFT） Crash Fault Tolerance

CFT认为机器可能宕机，网络可能异常，但是所有信息真实可信。BFT在CFT的基础上，认为出错的机器是可能说谎的。 CFT模型容错需要至少2f+1台机器，BFT模型容错需要至少3f+1台机器

BFT代表的算法：PBFT（基于两阶段提交的算法）POW（工作流证明算法）XFT（ Cross Fault Tolerance）

CFT代表的算法：Paxos，Raft及其变种

基本原则：

FTP不可能原理、CAP原理、ACID原则

paxos算法：分布式中没有恶意节点的情况，在两阶段提交中，通过保持最大的提案号来确保提案通过，每次只要超过半数即可

PBFT （拜占庭容错算法）：通过预准备（提交提案），准备（各个节点收到提案进行广播），提交（各节点收到一定的请求，则进行提交），此算法可以在N>=3F+1时保持正确

参考：https://blog.csdn.net/jerry81333/article/details/74303194

raft算法：类似于多主从结构，选举出leader再进行两阶段提交。其他节点作为follower遵守leader的决定。

Follower变身candidate 选举为Leader，由leader进行操作，同步到Follower

拜占庭将军问题：对现实网络问题的模型化。节点中有恶意的情况。

比特币网络中使用工作量证明来解决拜占庭问题

Casper 讨论：http://finance.sina.com.cn/blockchain/coin/2018-06-04/doc-ihcmurvh0978930.shtml

merkle patricia tree: https://ethfans.org/toya/articles/588

改进型的POW算法：

Ethash算法：抵抗矿池，推出的算法。使得挖矿与内存和带宽相关

总的来说是在POW基础上加上区块存储和缓存计算

1.根据区块头计算出一个种子，

2.使用种子产生16M的伪随机缓存，轻客户端存储缓存。

3.基于缓存使用特定算法生成1GB的的数据集DAG，使用缓存中的元素可以快速计算DAG指定位置的元素。数据集随时间线性增长。

4.挖矿成了矿工从DAG中随机选择元素进行散列，计算出符合条件的值。

5.验证者只需要存储16M缓存就行了，使用缓存得到DAG中指定位置的元素，然后验证这些元素是不是小于某个散列值

6.缓存和DAG每增加3万个区块更新一次。

POS算法：

基于用户的余额来调整用户出块的可能性

基于链的Pos：

算法周期性的选择一个验证者，给与验证者创建新快的权利，创建者保证使用最长的链。

BFT风格的Pos：

依据持有数量，分配给验证者相应的权利，决定哪个块是新快，验证者不会否定自己的钱，所以必然诚实。

pos产生的问题：

多条准主链，无法产生一条正确的链，因为验证者会尝试在所有备选链上添加区块。

解决：Slasher 事后对 在多条链上创建块的行为进行惩罚。

            Casper

30中并发原理：http://www.techug.com/post/consensuspedia-an-encyclopedia-of-29-consensus-algorithms.html

货币

预付款（众筹6000万）个以太币，

没挖出一个区块，奖励矿工5个以太币（静态奖励），叔区块奖励4.375个（7/8），矿工每引用一个奖励0.15个以太币（1/32），至多两次

静态奖励为5个，动态奖励为交易费用，叔区块引用

交易

交易费用Gas：

维：

gas消耗：

默认消耗GasPrice：0.000000001Ether/Gas（1Gwei，/Gas=1G wei Gas）

两个gas limit： 用户愿意付出的最大Gas数量（用户设置），单个区块所包含的最大Gas总量（矿工设置），基于上一个区块波动1/1024

交易格式：

from:

to: 为空则是创建只能合约的交易。执行时，为智能合约的地址

value: 转移的以太币数量

data(input): 如果存在，则表明该交易是一个创建或者调用智能合约交易

Gas limit: 

GasPrice:  gas价格 维

nonce: 区别同一用户不同的交易

hash:整合交易的hash ，作为ID

r s  v: 发送者的私钥对交易的签名。

编码压缩：

RLP(recursive length prefix)

RLP没有定义转换规则，用户可以按照自己的规则转换

编解码 字符串和列表

以太坊使用大端序来对整数型编码（大端序和小端序）

API

JSON-RPC 

接口列表：

域名

域名使用集邮者拍卖（维客里拍卖）