如何在Aergo區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)DPoS

每個(gè)區(qū)塊鏈協(xié)議都使用一個(gè)共識(shí)算法來維護(hù)一個(gè)區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈場景中最著名的是來自比特幣的中本共識(shí)（Nakamoto consensus），它基于工作量證明（Proof of Work， PoW）。它只以概率的方式獲得最終結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了很大程度的分散，其中多個(gè)分支可以相互競爭，并隨著時(shí)間的推移逐漸演變?yōu)橐粋€(gè)分支。另一個(gè)極端是源于傳統(tǒng)拜占庭協(xié)議（BA）。它們通過限制分散化的程度來保證即時(shí)的塊結(jié)果。

Aergo的DPoS共識(shí)主要是介于上述兩者之間的中間地帶。它將生成區(qū)塊的特殊權(quán)利委托給一組經(jīng)過選舉產(chǎn)生的區(qū)塊生產(chǎn)者（BPs），同時(shí)允許在有限范圍內(nèi)進(jìn)行重組。根據(jù)PoS共識(shí)和只保留有限數(shù)量的BPs，它解決了性能問題以及基于功率共識(shí)中發(fā)現(xiàn)的過度能耗問題。

本文詳細(xì)介紹了在Aergo區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)的DPoS。在本文的剩馀部分中，除非另有說明，否則“DPoS”指在Aergo區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)的DPoS。

Aergo上的DPoS

塊生產(chǎn)

在DPoS中，只有有限數(shù)量？節(jié)點(diǎn)，稱為有源組件生產(chǎn)商（BPs），允許生成模塊。它們是通過利益相關(guān)者之間的投票過程選出的。時(shí)間被均勻地劃分為槽，對(duì)于每個(gè)槽，最多生成一個(gè)塊?；顒?dòng)BPs通過投票得分在這些插槽上進(jìn)行調(diào)度，并輪流生成區(qū)塊。

為了簡單起見，讓我們考慮一個(gè)BPs活動(dòng)的例子，它們分別是按投票得分遞減順序排列的A、B、C和D。塊間隔是1秒。如果一切正常，區(qū)塊鏈將繼續(xù)執(zhí)行，如圖1所示。

圖1：正常生產(chǎn)情況下的塊生產(chǎn);

每個(gè)盒子里的字母是塊的制造者。這里，每個(gè)BP每4秒生成一個(gè)塊。但是，當(dāng)前一個(gè)塊沒有及時(shí)接收到時(shí)，下一個(gè)BPs應(yīng)該生成它。例如，假設(shè)A生成塊“1”，然后B在生成塊“2”之前崩潰。在這種情況下，C應(yīng)該來生成塊“2”，而不是B來生成塊2。

圖2：當(dāng)B崩潰時(shí)阻塞生產(chǎn)

由于B沒有與槽“1”、“5” 碰撞對(duì)應(yīng)的塊，使得塊在時(shí)間上分布不均勻;塊“1”和塊“2”之間的時(shí)間間隔大約是正常塊（1s）的兩倍（2s）。

分叉

另一方面，DPoS允許像比特幣一樣進(jìn)行分叉和重組。假設(shè)B由于網(wǎng)絡(luò)故障而與其他BPs斷開連接。即使在這種情況下，B和其他（A、C、D）也不會(huì)停止塊生產(chǎn)。它們各自管理自己的區(qū)塊鏈，如圖3所示。

圖3：分叉由網(wǎng)絡(luò)分割引導(dǎo);B和（A， C， D）相互斷開

注意主鏈上的槽“1”和“5”是空的，因?yàn)椋ˋ， C， D）網(wǎng)絡(luò)分裂沒有接收到B產(chǎn)生的塊。

B管理的下鏈?zhǔn)莻?cè)鏈，因?yàn)樗攘硪粭l短;當(dāng)主鏈的高度達(dá)到7時(shí)，側(cè)鏈的高度仍然只有3。因此，根據(jù)最長鏈規(guī)則，一旦網(wǎng)絡(luò)問題解決，主鏈的塊被發(fā)送到B， B就知道它的鏈比另一個(gè)短。最后，它將遵循主鏈（重組）。

終結(jié)： 最后一個(gè)不可逆塊

如果一個(gè)塊連接到一個(gè)區(qū)塊鏈，它可以被看作是鑄造塊本身。在此基礎(chǔ)上，提出了最后不可逆塊（LIB）的概念。一旦一個(gè)塊變成了一個(gè)庫，任何超出它的重組都是被禁止的。因此，保證了庫和之前的塊的終結(jié)性。在正常情況下，除了初始引導(dǎo)期外，庫會(huì)不斷更新到更高的數(shù)字。

從技術(shù)上講，庫的確定分為兩個(gè)階段：

1. 當(dāng)大多數(shù)（?+）BPs附加了區(qū)塊鏈，其中第一個(gè)可以自由的被提出。

2. 當(dāng)從另一個(gè)大多數(shù)BPs中添加塊時(shí)，所提議的庫最終成為一個(gè)終結(jié)庫。

最初，一個(gè)集團(tuán)的投票范圍沒有限制。換句話說，連接到鏈的塊被認(rèn)為是為塊本身和所有父塊投票。然而，后來改變是避免沖突的LIBs3。在修改后的版本中，BP X生成的塊只確定了BP X最后生成的塊之后的范圍。

圖4：最后一個(gè)不可逆塊

如圖4所示，確定在一個(gè)4 BPs的案例中。這是一個(gè)4 BPs的DPoS網(wǎng)絡(luò)案例;它的多數(shù)票是3票。在這種情況下，在決定自由民主黨的每個(gè)階段，分別需要3個(gè)基點(diǎn)的贊成票才能達(dá)成共識(shí)。因此，如圖3所示，當(dāng)塊“3”連接到鏈（第1階段）時(shí)， 塊“1”就成為一個(gè)被提議的LIB。然后，當(dāng)添加塊“5”時(shí)（第二階段），塊“1”最終被提升到一個(gè)LIB。在正常情況下，一旦一個(gè)塊被最終確定為一個(gè)庫，每當(dāng)連接一個(gè)新塊時(shí)，庫的高度就會(huì)繼續(xù)增加1;一個(gè)新的塊伴隨一個(gè)新的庫。

押注、投票及選舉

活躍的BPs由Aergo用戶選出。盡管用戶限制為每天1票，但參與投票的人可以自由地投給多個(gè)候選人（最多30人）。此選舉方案如圖5所示。在這里，在“700”處的BPs是根據(jù)在“600”（而不是“700”）處收集的排名來選擇的。它的目的是降低重組所導(dǎo)致的不必要政權(quán)更迭的可能性，因?yàn)檫^去的區(qū)塊比最近的區(qū)塊更不可能進(jìn)行重組。

圖5。BPs的選舉計(jì)劃

到目前為止，通過一個(gè)由4BPs組成的簡單系統(tǒng)示例，我們已經(jīng)解釋了DPoS的工作原理。它的主要成分是：

· 由有限數(shù)目的選出的BPs

· 只有在有限的塊范圍內(nèi)才能進(jìn)行重組。

前者保證了區(qū)塊生產(chǎn)的快速性和穩(wěn)定性，而后者則保證了只要大多數(shù)BPs處于正常運(yùn)行狀態(tài)，區(qū)塊具有絕對(duì)終結(jié)性。通過它們，DPoS可以在交易結(jié)束程度適中的情況下實(shí)現(xiàn)高性能。這種性能和最終結(jié)果之間的平衡是我們選擇DPoS作為Aergo 主網(wǎng)共識(shí)的最重要因素之一。