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边肖：记得要集中注意力。
来源：共识未来
原标题：雪崩共识机制3.0探索
文|袁浩
简介：
上周在美国旧金山举行的区块链周上，康奈尔大学教授Emin Gun Sirer对他的BloXroute和Avalanche项目进行了演示。BloXroute是Layer0的底层协议，专门用于开发跨链的块支付网络。
雪崩是新的区块链共识协议。在分布式系统领域，并不是每天都有人告诉你“我有了新的突破”。然而Avalanche可以说是公式一致性算法的重大突破和创新。这个算法家族综合了经典的非Byzanting共识算法和Nakamoto共识算法(POW)的特点，简单而强大。
今年5月，anonymous team Team Rocket与Sirer教授合作，在IPFS上发表了一篇题为“雪花到雪崩：一种新型的加密货币亚稳态共识协议族”的论文。本文侧重于具体细节和证明，非专业人士很难理解。目前国内对这一共识协议了解甚少。在这里，我会尽量简化，形象化。
两种一致性协议当许多分布式计算机共享相同的任务和资源时，一致性是最重要的目标之一。
一个典型的例子是：在多台服务器上维护财务系统中的账户余额。金融机构不依赖单个数据库来存储数据，而是使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，让所有这些机器数据一致，然后它们所反映的账户余额一致。
再比如：维护亚马逊网购服务的一致性。为了在全球范围内扩展服务，数据必须(在地理上)分布在不同的大型数据中心。亚马逊需要定期检查库存产品，否则可能会发生意想不到的事情。例如，库存中的最后一件商品可能会重复卖给两个不同的人。
共识机制一直是计算机科学中的一个重要问题。因此，在过去的40年里，学者和工程师们一直在努力寻找有效的解决方案。在分布式系统领域，只有两种主要的一致协议。接下来，我们将描述两组协议。
经典一致协议BFT第一种协议叫做经典一致协议BFT，是由两位伟大的计算机科学家Leslie Lamport和Barbara Liskov在1982年共同开发的。两人都是图灵奖获得者(相当于计算机科学家的诺贝尔奖)。国内知名公链代表蚂蚁NEO采用的就是这种共识机制。协议采用“投票许可，少数服从多数”的记账机制，允许33%的容错。好处是可以快速结算，快速保证交易。
然而，这也是有代价的：
他们不能扩展到超过1000个节点。这是因为它们的通信成本与节点数量的二次方成正比，即O(n？)。它们要求网络中的每个人都认识所有其他参与者。本质上，它们的安全性取决于由法定数量的节点做出的一致判断，这些节点确认它们看到相同的事物并做出确定。这种方法在构建私有链时是合理的，但在不可信节点的动态环境中就不合适了。
因此，公共链可能需要基于不同的共识协议。当然，对经典的一致性协议也有一些改进(比如动态调整节点，修改底层网络拓扑等。)，但更适合联盟链的应用场景。
中本聪共识协议权力2009年，另一种协议权力被提出。中本聪提出了他的新协议系列并展示了其独特的健壮性：
我们不需要知道网络中涉及的所有节点。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区块，参与系统。它可以扩展到世界各地的大量节点和参与者。然而，这些优势也是有代价的，尤其是：
比特币很慢。平均而言，用户需要等待大约10-60分钟才能确认他们的交易被存储在链上。吞吐量也非常有限。比特币每秒可以处理大约3-7笔交易。当然，这个处理速度与成为世界货币的处理能力相差甚远。最后，比特币消耗大量能源；相当于四个切尔诺贝利核电站的能量为比特币供电。所有这些精力都花在了计算上。
Consensus familyEmin教授在深入研究了上述两种主流共识机制后，受Gossip协议的启发，提出了一套BFT协议(Consensus family)。
“共识家族”对正确节点和拜占庭节点的行为做了事先约定：诚实节点永远不会发出冲突的交易，拜占庭节点也不能伪造与诚实节点冲突的交易(即拜占庭节点发出的“伪造”交易，只会与其之前发出的交易冲突(如重复消费)，但不能与诚实节点的交易冲突)。拜占庭节点可以伪造许多冲突的事务，但是诚实的节点只会采用其中的一个。
最终，“共识家族协议”可以保证在拜占庭交易存在的情况下，共识的最终结果只会是接受一组不冲突的交易，“共识家族”也采用UTXO模型。
“协议族”由四个协议组成，从非拜占庭协议开始：Slush，并逐渐在其上构建？雪花、雪球和雪崩？这三个BFT协议。
Slush协议：它是协议家族中的第一个协议，并且是非byzanting协议(下面三个协议是BFT协议)。Slush协议的特点是：简单状态、小样本、重复采样、采样轮次或时间限制(用M表示)。Slush协议作为BFT协议的原始状态，不能提供完全的BFT保证。雪花协议：又称“BFT雪花”，是“协议家族”的第二个协议，由Slush扩展而来。雪花为每个节点添加一个计数器，记录节点当前颜色的可信度。雪花可以为最小状态提供强有力的保证。雪球协议：雪球是一致家族中的第三个协议。它改进了雪花协议，增加了一个更持久的可信度标志，使协议更安全，进一步增加了共识结果的可信度。雪球不仅比雪花更难攻击，而且协议更具普适性。雪崩协议(DAG):雪崩是“共识家族”中的第四个也是核心协议。它在雪球的基础上增加了一个dynamic append-only)DAG结构来记录所有的事务。DAG结构给雪崩协议雪崩？它带来了两个好处：高效和安全。
共识家族的核心思想：亚稳态共识家族都是建立在亚稳态机制基础上的。雪崩协议的核心思想是亚稳定性。协议中最糟糕的是你无法在两个选择之间做出决定，也就是你不希望它含糊地说两个事件中的一个发生了，但实际上你期望它能够确定两个事件中的哪个发生了，哪个没有发生。雪崩协议的稳定协议倾向于选择两个选项中的一个。
雪崩协议在运行中的核心思想依赖于抽样投票。
为了直观地解释这个过程的核心思想，我们来看一个简化的例子，如上图所示。考虑一个不可信节点的网络，这些节点想要投票给蓝色或红色。
网络的单个节点从选择少量随机对等节点(例如，五个)开始，并要求它们选择一种颜色。然后，每个对等节点以投票来响应，请求节点使用该投票来形成所有投票的加权结果。上图(第一帧)中，从发起请求的节点来看，基于第一次投票，整个网络趋于红色。每个参与者都需要重复这个过程。该协议类似于重复双采样投票过程。这里发生的情况是，即使我们在红蓝各半的最坏情况下开局，一轮过后，结果也很有可能不再是平局。另外，两轮甚至三轮打成平手的概率会很小，平手的概率会呈指数下降。
协议意在偏向某个结果，而不是停留在模棱两可的中间选项。随着其倾向性越来越高，网络的感知色彩会向其中一种色彩偏移。我们朝着一个结果(节点对一种颜色的投票多于对另一种颜色的投票)的方向前进的速度会继续加快，在某一点上我们到达了不归路，整个网络对颜色达成了一致。
雪崩雪崩协议概述雪崩协议结合了两者的优点，特别是，
结算速度快，延迟低：也就是说，全球范围内实现结算大概需要2-4秒。这基本上意味着4秒钟后，您的付款已被处理和验证。(下图中Emin教授的ppt指出，AVA的确认延迟时间只有4秒，明显高于比特币、以太坊、Alogrand。)更高的吞吐量：每秒可以处理100010，000个事务。(下图中Emin教授的ppt指出：AVA的TPS达到1300，相比比特币、以太坊、Alogrand有很大提升。)健壮：网络不需要就参与者是谁达成一致。静态协议：最重要的是，协议是绿色的。这意味着它是可持续的，它不会浪费任何能源，也不存在特殊的矿工生态系统，在这个生态系统中，矿工的利益与用户的利益无关。关于协议的一些补充说明：
高效的可伸缩性：该协议是轻量级的，因此它提供了可伸缩性和低延迟。攻击法庭的容忍度：可以在不影响安全的情况下，容忍大量拜占庭参与者。特别是，它可以容忍高达50%的节点作为拜占庭节点(即试图欺骗网络并保持整个网络不平衡的节点)。但是，他们不能让两个节点决定两种不同的颜色。平等主义生态系统：雪崩协议产生了一个平等主义的生态系统，即网络中的所有节点都是一样的。没有矿工，没有特权。冲突不受保护：如果攻击者试图在两个不同的交易中两次花费相同的钱(双重花费)，那么雪崩协议将无法在这两个交易中进行选择，从而导致这笔钱的损失。共识和中本聪协议将选择其中之一，但雪崩协议不会。这是雪崩协议一个非常有趣的性质，它隐式地、自然地惩罚了不良字符，而协议本身并没有增加任何额外复杂的读取。结论：
共识机制是区块链的灵魂，共识机制的算法设计直接决定了区块链的交易速度和交易吞吐量TPS。人们经常谈论比特币中使用的共识协议，仿佛这是一种纯粹的去中心化方法，可以平等地对待所有网络参与者的意见。不幸的是，比特币的决策主要由矿工做出。
相比之下，雪崩协议将共识问题与管理问题分开。每一个都是模块化独立处理的。通过gossip协议和循环抽样的智能结合，形成共识。同时，通过抽样和对赌份额实现公平治理，从而实现用户与其决策的直接连接。
我们注意到Perlin等一些热门项目已经开始在Avalanche上构建：https://medium . com/open token/Perlins-implementation-of-Avalanche-1 cf 7 DCE add 06。
Avalanche协议目前还没有大规模应用，但考虑到其独特的创新性，我们认为它可以与Algorand项目相媲美，值得更多的关注。
参考文献：
-Cryptoconf 2018，Emin Gn Sirer talk？—?雪花到雪崩
-雪花到雪崩：加密货币的新型亚稳态共识协议家族，火箭队，2018年
-SFBWofficial 2018，Emin Gn Sirer talk:具有新共识家族的艾娃议定书
