POS:走進Cosmos之Tendermint_MIN

導讀

Cosmos是由Tendermint團隊構建的開源社區項目，它的共識算法是基于POS和BFT的共識協議。

Cosmos通過SDK的形式將共識算法和網絡模塊封裝起來，形成一套開箱即用的區塊鏈開發腳手架，本期將為大家帶來Cosmos系列文章中Tendermint共識算法的介紹。

Tendermint核心模塊

首先我們回顧下，Cosmos中的TendermintCore核心模塊主要包含共識算法和網絡模塊，由于網絡模塊采用的是我們熟悉的gossip協議，這里就不再贅述。我們編寫的應用層的模塊通過ABCI與Tendermint核心模塊進行交互，在交互的過程中，由Tendermint完成選舉Proposer，BFT三階段共識以及區塊執行的邏輯。

1）ABCIApplication

其中ABCI接口可以分為三類：信息查詢、交易校驗以及共識相關處理，而TendermintCore作為ABCIClient在啟動時會與ABCIServer建立三個連接，分別用于這三類接口消息的處理。

黃立成起訴鏈上偵探ZachXBT誹謗罪:金色財經報道，“麻吉大哥”黃立成起訴區塊鏈偵探ZachXBT。該鏈上偵探去年發布了一份報告，指控Huang盜用了價值數千萬美元的加密貨幣。

這起訴訟于周五在美國德克薩斯州西區地方法院提起，指控ZachXBT誹謗了MachiBigBrother，給他“造成了嚴重的名譽和金錢損失”。根據起訴書，ZachXBT面臨一項誹謗罪和一項誹謗本身罪。

麻吉大哥的律師在訴狀中表示，(ZachXBT)不顧公開指控犯罪行為可能給被告個人帶來的破壞性影響，不僅繼續在Medium.com上發表他的誹謗文章，還惡意地向他的30多萬Twitter粉絲推廣這篇文章。[2023/6/17 21:43:48]

在TendermintCore與Application交互的所有消息類型中，有3種主要的消息類型：

·CheckTx消息用于驗證交易。TendermintCore中的mempool通過此消息校驗交易的合法性，通過之后才會將交易廣播給其它節點。

·DeliverTx消息是應用的主要工作流程，通過此消息真正執行交易，包括驗證交易、更新應用程序的狀態。

·Commit消息通知應用程序計算當前的世界狀態，并存在下一區塊頭中。

Ankr將發布zkSync RPC，允許開發者訪問zkSync測試網和主網:2月17日消息，Web3 基礎設施提供商 Ankr 宣布啟動開發者 RPC 連接到 zkSync，并將很快發布 zkSync RPC，允許開發者使用 Ankr 的公共、高級和企業 RPC 端點訪問 zkSync 測試網和主網，開發者可以使用標準 EVM 方法進行請求調用，并接收與其自己運行 zkSync 節點所獲得的結果相同的信息返回。

Ankr 的 zkSync RPC 將把錢包、命令行界面或 DApp 與 zkSync L2 區塊鏈連接，充當信使或區塊鏈路由器，在 zkSync 節點、DApp 和終端用戶之間中繼鏈上信息。zkSync RPC 端點是開發者直接與 zkSync 鏈接口的網關，無需通過 DecOps 即可建立自己的 zkSync 節點。[2023/2/17 12:13:51]

?Tendermint共識引擎，包含區塊鏈需要大部分功能實現，主要有：

·?共識算法：BFT+POS算法；

·P2P：采用Gossip算法；

·RPC：區塊鏈對外提供的API接口；

·?其它：交易緩存池、消息隊列等。

Web3域名聯盟宣布成立，創始成員包括Unstoppable Domains等:11月2日消息，Web3域名聯盟宣布成立，創始成員包括Unstoppable Domains、Tezos Domains，Polkadot Name System和Bonfida。該聯盟旨在打擊欺詐和命名沖突，并促進下一代Web3域名的技術進步和用戶體驗。（TheBlock）[2022/11/2 12:10:46]

2）POS權益證明協議

接下來介紹Tendermint的POS算法，通過該POS算法可以在驗證人集合中選取出下一輪出塊的提議人。

上圖中，假設有A、B、C三個驗證人，分別抵押了1、2、3個代幣

1.第一輪由于C的抵押資產最多，所以C當選第一輪的提議人；

2.第二輪由于C在上一輪當選過提議人，所以他的vote_power變為pre_votingPower-(stake_a+stake_b)?也就是3-(1+2)==0，而B的vote_power等于pre_votingPower+stake也就是2+2==4，同理A的vote_power等于2，那么這一輪中投票權最大的是B，所以B當選提議人；

多維公鏈 WormholesChain 完成 1000 萬美元種子輪融資:金色財經報道，據官方推特，多維公鏈 WormholesChain 完成 1000 萬美元種子輪融資，OKX 天使輪投資方 Mandra Capital 和 Timing Capital 共同領投。本輪融資將用于推動Web3多維基礎設施的發展。

WormholesChain 通過 DRE 動態隨機選舉算法結合 PoS 解決安全性和相對公平分配等問題，允許一鍵部署子鏈系統形成無限耦合的多維多層去中心化網絡，可提供 NFT 全棧解決方案和低能耗的可持續拓展 TPS。[2022/9/13 13:25:58]

3.第三輪A的vote_power為3，B的vote_power為2-(2+0)==0，C的vote_power為?0+3==3，由于A排名在C的前面，所以A當選提議人；

4.同理第四輪A的vote_power為-1，B的為2，C的為6，所以C當選提議人；

Tendermint的Pos機制有如下優點和缺點：

優點：Proposer的選擇方式是與stake相關的，所以應用層可以實現自己的共識,在應用層將計算好Validator的權重傳遞給Tendermint，Tendermint就會按照應用層需要的方式選擇Proposer。

美國國會將于6月23日舉行題為“數字資產監管的未來”聽證會:金色財經消息，美國眾議院農業委員會商品交易、能源和信貸小組委員會正在準備6月23日舉行題為“數字資產監管的未來”聽證會。[2022/6/15 4:27:29]

缺點：Round-Robin策略太簡單了，容易被壞人預測到下一個Proposer是誰，于是可以提前布局對rProposer發起DDoS攻擊或別的攻擊。這里Tendermint的解決方法就是驗證人節點對外不暴露節點的IP地址。

3）BFT拜占庭容錯協議

Tendermint是一個易于理解的BFT共識協議，協議遵循一個簡單的狀態機原理：

協議中有兩個角色：

驗證人：協議中的角色或者節點，不同的驗證者在投票過程中具備不同的權力。

提議人：由驗證人產生。?驗證人對交易的區塊提議并對提議的區塊投票。區塊被提交到鏈上，且每個區塊就是一個區塊高度。但區塊也有可能提交失敗，這種情況下協議將選擇下一個驗證人在相同高度上提議一個新塊，重新開始投票。

從圖中可以看到，在propose開始階段，被選中的proposer會給全網絡廣播一個proposal。如果proposer鎖定在上一輪中的block上，那么proposer在本輪中發起的proposal會是鎖定的block，并且在proposal中加上proof-of-lock字段。

在Prevote開始階段，每個Validator會判斷自己是否鎖定在上一輪的proposal區塊上，如果鎖定在之前的proposal區塊中，那么在本輪中繼續為之前鎖定的proposal區塊簽名并廣播prevote投票。否則為當前輪中接收到的proposal區塊簽名并廣播prevote投票。如果由于某些原因當前Validator并沒有收到任何proposal區塊，那么簽名并廣播一個空的prevote投票。

在Precommit開始階段，每個Validator會判斷，如果收集到了超過2/3prevote投票，那么為這個區塊簽名并廣播precommit投票，并且當前Validator會鎖定在這個區塊上，同時釋放之前鎖定的區塊，一個Validator一次只能鎖定在一個區塊上。

如果一個Validator收集到超過2/3空區塊（nil)的prevote投票，那么釋放之前鎖定的區塊。處于鎖定狀態的Validator會為鎖定的區塊收集prevote投票，并把這些投票打成包放入proof-of-lock中，proof-of-lock會在之后的propose階段用到。如果一個Validator沒有收集到超過2/3的prevote投票，那么它不會鎖定在任何區塊上。

在precommit階段后期，如果Validator收集到超過2/3的precommit投票，那么Validator進入到commit階段。否則進入下一輪的propose階段。

commit階段分為兩個并行的步驟：

·Validator收到了被全網commit的區塊，Validator會為這個區塊廣播一個commit投票。

·Validator需要為被全網絡precommit的區塊，收集到超過2/3commit投票。

一旦兩個條件全部滿足了，節點會將commitTime設置到當前時間上，并且會進入NewHeight階段。在整個共識過程的任何階段，一旦節點收到超過2/3commit投票，那么它會立刻進入到commit階段。

上訴過程簡單來說，為了成功提交一個區塊，必須經過兩階段的投票，稱為pre-vote和pre-commit。當超過2/3的驗證人在同一輪提議中對同一個塊進行了pre-commit投票，那么這個區塊才會被提交。

由于離線或者網絡延遲等原因，可能造成提議人提議區塊失敗。這種情況在Tendermint中也是允許的，因為驗證人會在進入下一輪提議之前等待一定時間，用于接收提議人提議的區塊。

假設少于三分之一的驗證人是拜占庭節點，Tendermint能夠保證驗證人永遠不會在同一高度重復提交區塊而造成沖突。為了做到這一點，Tendermint引入了鎖定機制，一旦驗證人預投票了一個區塊，那么該驗證人就會被鎖定在這個區塊。然后該驗證人必須在預提交的區塊進行預投票。當前一輪預提議和預投票沒成功提交區塊時，該驗證人就會被解鎖，然后進行對新塊的下一輪預提交。

4）BFT?VSPBFT

通過上文我們可以看到，Tendermint共識算法和PBFT時非常相似的，可以說是PBFT的變種，那我們來比較一下：

相同點：

·?同屬BFT體系，抗1/3拜占庭節點攻擊。

·?三階段提交，第一階段廣播交易，后兩階段廣播簽名。

·?兩者都需要達到Quorum法定人數才能提交塊。

不同點：

·Tendermint與PBFT的區別主要是在超過1/3節點為拜占庭節點的情況下，當拜占庭節點數量在驗證者數量的1/3和2/3之間時，PBFT算法無法提供保證，使得攻擊者可以將任意結果返回給客戶端。而Tendermint共識模型認為必須超過2/3數量的precommit確認才能提交塊。

·?拜占庭節點概念不同，PBFT指的是節點數，而Tendermint代表的是節點的投票權力。

·PBFT需要預設一組固定的驗證人，而Tendermint是通過要求超過Quorum法定人數的驗證人員批準會員變更，從而支持驗證人的動態變化。

總結

總體來說，Cosmos中Tendermint核心模塊中POS和BFT共識算法的實現較為簡單，不像Polkadot的混合共識那么復雜，但是也是這個原因，可以成為區塊鏈快速開發的腳手架，幫助越來越多的人了解區塊鏈，熱愛上區塊鏈。

作者簡介

江哲

來自數據網格實驗室BitXHub團隊主要負責區塊鏈賬本互操作技術相關研究工作

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