BFT:區塊DAG真正的終結性_元宇宙

作者：StevenPu，Taraxa創始人前言在之前寫過的一篇文章里，我們定義了區塊DAG的結構和排序方式，但也提出了排序依舊會隨著時間推移而出現變化的問題。本文，我們會為大家介紹Taraxa賦予區塊DAG排序真正終結性的方案以及與之相關的所有結果。終結性的重要性

如今大多數區塊鏈拓撲的終結性都是基于概率的，也就是說你永遠無法百分百確定一筆交易真的徹底完成了。舉個例子，在比特幣網絡中，隨著時間推移，攻擊者追上網絡剩余部分并重組區塊的概率會呈指數級下降。這種指數級的風險下降催生了“6個區塊”的經驗論。也就是說，如果在包含你那筆交易的區塊上又新增了5個區塊，那么你的交易就有了“6個區塊的深度”，從統計上來看，這個交易就不太可能遭到重排攻擊。在很多場合，概率性的終結沒什么問題。但是，如果你正在執行大量交易，且每筆交易都依賴于上一筆交易的輸出，或者你正在執行一筆巨額交易，你需要確定這筆交易絕不會被撤銷，那么終結性就相當重要了。在原始狀態下，我們區塊DAG的排序機制也是概率性終結的。為了實現真正的終結性，需要做些添加。DAG終結性意味著什么？

Take-Two Interactive CEO：押注區塊鏈元宇宙的公司“可能不會有好結果”:6月1日消息，游戲巨頭Take-Two Interactive首席執行官Strauss Zelnick對“元宇宙”一詞表示懷疑，并警告稱，試圖利用這個流行詞盈利的公司可能結局會很糟糕。

Zelnick指出，他對基于區塊鏈的元宇宙尤其懷疑，并補充說：“娛樂人們真的很難，打造時髦的資產更是難上加難。這需要很多錢，很多時間，還會面臨很大的風險。”

Zelnick后來又澄清說，他并不是說每個元宇宙公司都會失敗，只是說這并不能保證成功。他將這種情況與90年代末的互聯網繁榮相提并論，指出盡管它帶來了Meta、谷歌和亞馬遜等許多成功故事，但同時“很多公司也失敗了”。（Video Games Chronicle）[2022/6/1 3:56:49]

回想一下，我們早期排序機制的重排風險主要就是出現在錨定鏈發生變化的時候。

海南區塊鏈協會副會長：元宇宙的最大意義是人類對待客觀世界的范式可能會發生改變:11月25日，海南省區塊鏈協會副會長、探針集團聯合創始人兼董事曹元先生在接受采訪時表示，元宇宙是一個開放系統，面向整個物理宇宙作出開放，物理宇宙的能量以信息的方式持續注入元宇宙，幫助元宇宙成為耗散系統。雖然現在還不適合給元宇宙下一個定義，但是從主流參與者對于元宇宙的認知來看，數字世界和物理世界結合的才算元宇宙，純虛擬世界——向黑客帝國描述的那樣，不是元宇宙。通過元宇宙的開放性網絡，實現遠程并且開放的協作只是元宇宙表現出的應用。我個人認為，元宇宙的最大意義是人類對待客觀世界的范式可能會發生改變。（經濟觀察報）[2021/11/26 7:11:23]

因此，只要我們能確保定期固定住錨鏈，那么無論出現什么狀況，錨鏈上的區塊排序都能徹底確定。我們是如何做到的呢？網絡會定期舉行投票，與區塊DAG的建設同步，以此來為DAG邊界附近的特定區塊施加無限權重。當一個區塊被賦予無限權重的時候，就意味著其通過幽靈指針直接或間接指向的所有區塊都具有了無限權重，也就是說現在不可能再通過攻擊推翻這個排序了。

中科信息：公司根據業務發展需求對區塊鏈等技術進行研究布局:中科信息（300678.SZ）在互動平臺上表示，公司根據業務發展需求對區塊鏈等相關技術進行研究布局，暫未產生相關訂單。[2020/4/14]

在上圖，我們選擇了橙色區塊賦予無限權重，并且可以看到這種無限性已經通過反向指向區塊DAG賦予了錨鏈上所有區塊無限權重。現在，我們已經有效地在其所屬時期確定了這個錨鏈及所有區塊的排序。那么，我們如何第一時間選擇要賦予無限權重的區塊呢？通過類似PBFT的算法選擇周期區塊

為了選擇DAG內的一個區塊來完成最終確定，我們采用了一個類似PBFT算法的過程。考慮到PBFT是一個研發完備且廣泛部署的算法，關于本文會涉及到的細節和潛在錯誤這里就一筆帶過不再贅述了。PBFT的周期區塊終結過程大致分為四步，如下面這張高度簡化的圖表所示。

行情 | 美股區塊鏈概念股普遍收跌:今日美股收盤，美股區塊鏈概念股普遍收跌。柯達收跌1.85%，埃森哲收漲1.18%，Overstock.com收跌0.66%，Riot Blockchain收跌6.75%，Marathon Patent收跌3.31%，Square收漲4.34%。[2019/3/22]

我們來分別看下，在每個階段，節點會做什么：1.提議新的區塊

通過VRF(SK,previous_PBFT_block_hash,current_vote_type,current_round_number,current_step_number)=(e,π)來計算其資格，這里e就是資格值，π是VRF正確計算的證明決定“如果e<閾值，那么其就有資格在本輪提議一個PBFT區塊”在邊界的附近但不在邊界上挑選一個DAG區塊候選人來進行最終確認，也就是當前周期的區塊候選人Pt在Pt和P(t-1)之間創建一個周期，找到這個周期內包含的所有區塊創建一個并發調度CS創建一個包含(Pt,CS)以及其他信息的PBFT區塊候選人(Pc)計算Pc的哈希將hash(Pc)、Pc以及證明其資格的(e,π)廣播給其他對等節點2.投票選出領頭人

國家標準化委員會劉大山：標準化是引領區塊鏈應用和發展的基礎和前提，是促進創新的重要動力:在區塊鏈技術和應用峰會暨第二屆中國區塊鏈開發大賽成果發布會上，國家標準化委員會劉大山處長表示，區塊鏈是新一代信息技術的熱點領域，在推動的產業發展，支撐數字經濟社會轉型，提升社會治理水平等方面凸顯著越來越重要的作用。標準化是引領區塊鏈技術應用和發展的基礎和前提，也是促進區塊鏈技術創新的重要動力。在推進標準化工作中需要重視技術和市場的融合，加強國際的合作交流。國家標準委工業標準二部將一如既往對區塊鏈標準化工作給予全力支持。[2018/6/16]

通過VRF再次計算其資格生成另一個(e,π)決定“如果e<閾值，那么其就有資格參與此輪”等待2個λ的時間，其中λ是網絡直徑——也就是網絡中兩個最遠節點之間的最短距離計算在π也正確的情況下觀察到的e的最小值，創建者即為最小值e為“領頭人”的時候，它就是創建者——這個節點就是提議下一PBFT區塊的候選人將其對hash(Pc)的投票以及證明其資格的(e,π)廣播給對等節點——這里的hash(Pc)對應的是會成為“領頭人”的最小的e3.針對區塊的投票

通過VRF再次計算其資格生成另一個(e,π)決定“如果e<閾值，那么其就有資格參與此輪”等待2個λ的時間計算在給定的e_min時間內其是否收到2T+1的投票如果其尚不具備PBFT區塊，就針對e_min對應的Pc以及相關hash(Pc)進行對等節點輪詢驗證Pc是否正確創建將其對Pc的投票以及證明其資格的(e,π)廣播給對等節點4.投票進入下一步

通過VRF再次計算其資格生成另一個(e,π)決定“如果e<閾值，那么其就有資格參與此輪”等待2個λ的時間計算對于任意給定的Pc，其是否收到2T+1的投票驗證獲勝的Pc是否正確創建計算最新驗證過的Pc并將結果提交到永久存儲將其對繼續提議下一個PBFT區塊的投票以及證明其資格的(e,π)廣播給對等節點關于我們PBFT的更多介紹

上面寫的就是一個極其簡單的描述這是對我們PBFT流程的一個極其簡單的描述，因為我們并沒有提到所有可能會導致事情往不好方向發展的情況，例如沒有節點計算出低于閾值的e、投票沒有達到2T+1這個規定的數目、大量節點在這一輪期間崩潰等等。這個PBFT流程高度安全且可擴展注意，每當節點要發聲時，它都會計算一個VRF資格值來確保在這一輪它有資格發言。資格的閾值已設置好且會動態調整來確保以下兩件事：參與每一輪的節點是隨機的且有可能是不同的，這意味著一旦攻擊者觀察到某個節點是參與者并以其為目標發起攻擊，那么可能在下一輪它就失去了資格。這和許多其他算法不同，其他算法會在較長時間里保留參與者的資格，使他們成為攻擊的首要目標。在任何給定的回合中，只有一部分合格節點參與其中，使這個PBFT流程高度可擴展。這意味著就算網絡容量擴大，合格參與者數量增加，這些PBFT輪次的實際參與者相對網絡容量可以輕松通過設置實現次線性擴展。參與人數越少投票過程就越快。將隨機選擇的參與者與次線性增長的委員會規模相結合，得到的就是一個高度安全且可擴展的PBFT流程。平行的PBFT鏈

Taraxa的PBFT流程在現有的區塊DAG旁邊創造了一條PBFT區塊線性鏈。

每個PBFT區塊都有兩個主要目標，完成一個DAG區塊在周期區塊中的最終確定主持一次規定交易如何計算的并發調度完成DAG區塊的最終確定

這個PBFT流程會確認區塊DAG內的一個單一區塊。因此，與其他大多數利用PBFT流程的網絡不同，它并不作為主要共識算法來對整個區塊鏈流程把關。這也是為什么Taraxa的PBFT流程與區塊DAG的創建流程是并行的且基本上異步的。每當一個新的DAG區塊完成最終確定，我們就創建一個已終結的錨鏈以及錨鏈上一組相關區塊來實現）。整個區塊的集合稱為周期，也可以看作是一個最終確定了排序的區塊集群的快照。每個周期包含許多DAG區塊，會帶領我們進入另一個PBFT區塊任務，通過并發調度來確認待計算交易的順序。并發調度

并發調度通過以下幾種方式來確定排序：區塊的排序，這個由排序機制定義，因為一個周期里有很多區塊。過濾出區塊間的冗余交易。因為我們采用的是一個DAG數據結構，所以很有可能發生多個區塊提議者將同一組交易打包到不同DAG區塊的情況，導致一定程度的交易重疊。Taraxa設計了一個交易仲裁機制來幫助調整這種重疊——我們希望將這種情況降到最低但又不能為零，否則會出現交易孤立過度的情況。將交易分為并發集與順序集。這是我們并發EVM設計的關鍵部分，其中通過一組推測性執行算法將交易分為可安全并行執行的交易與必須按序執行的交易。你也可以將并發調度看作將所有單獨的DAG區塊組合成一個單一區塊并嵌入每個PBFT區塊的結果。除了共識，接下來我們還會繼續分享更多有趣的技術，并在研究和實現進程中陸續發布。敬請期待！

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