公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

公鏈之爭的焦點,很大程度上集中于共識機制。比特幣的工作量證明機制,實現(xiàn)了完全的公平,但極大的犧牲了效率。后來其他的共識機制顯著提升了效率的同時,也不同程度上犧牲了公平性。

無論我們單獨拿出任何一種共識機制,都有理由被挑戰(zhàn)和質(zhì)疑?,F(xiàn)在每個公鏈所做的選擇,都是為了達到自己認為的理想平衡點。誰能順應(yīng)發(fā)展的進程,更接近這個平衡點,在這場公鏈之爭中,誰就會更有勝出的可能。

在區(qū)塊鏈從POW機制向POS機制進化之路上,不可避免地會碰到一個核心問題:舍棄POW這種強算力型的隨機算法后,POS應(yīng)該采用何種低功耗隨機算法可以保證礦工記賬權(quán)益的公正公平性的同時,還能保障系統(tǒng)魯棒性。從以太坊遲遲未能升級Casper看出,真隨機數(shù)問題一直以來是POS的核心問題。在此情況下,VRF算法近年來得到越來越多人關(guān)注,它是一種低能耗,高效率的隨機數(shù)算法,并提供了非對稱密鑰可驗證機制?;蛟S基于VRF的共識機制,才是“不可能三角”的正解。

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

什么是VRF?

VRF算法通過加密抽簽算法選舉節(jié)點子集運行BA* 算法(Micali教授開發(fā)的一種拜占庭協(xié)議)決定哪些待確認交易組成新的區(qū)塊添加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈賬本上。BA*算法需要循環(huán)對提議進行決策,每一次循環(huán)都需要先進行抽簽產(chǎn)生共識部集成員,然后向網(wǎng)絡(luò)中廣播符合共識成員條件的證明以及對本輪提案的決議信息;每次循環(huán)后均有1/3以上的概率能達成共識;最后超過超級部集一半共識部集成員通過的決議以Gossip的方式廣播出去。

VRF的核心算法包括兩個:

1.密碼學抽簽算法,該算法用于保障每次參與共識的共識委員會成員接近完全隨機;

2. BA* 算法,該算法由共識委員會成員運行用于產(chǎn)出本次應(yīng)該打包的區(qū)塊。

【密碼學抽簽算法】

密碼學抽簽算法主要包括三個步驟:偽隨機種子選取、抽簽、排序與更新種子。

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

抽簽:首先,針對r輪第s步,用戶i使用VRFs函數(shù)進行計算

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

稱所有滿足此條件的用戶為該輪的共識參與者。P的定義相當于假設(shè)在所有共識參與者當中,至少有一個是誠實的。

排序與種子更新:排序是為了從共識參與者中挑選出領(lǐng)導(dǎo)者,進行區(qū)塊提議。共識領(lǐng)導(dǎo)者的定義為存在一個用戶,其憑證按字典排序最小。

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

將會被用于r+1輪共識當中。

隨機性分析:

我們知道一個離散隨機變量X的熵(entropy)定義為H(x)

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

對于參與共識的節(jié)點來說,每個節(jié)點都應(yīng)該擁有自己的權(quán)益才能進行記賬,出塊的概率也是根據(jù)權(quán)益來區(qū)分,根據(jù)式(4),得出塊概率的熵為

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

權(quán)益出塊概率和最大連續(xù)出塊,可以保證主鏈在權(quán)益絕對分布的情況下,依然保持較好的公平性。

【BA*算法】

BA*算法是一個二階投票機制:

第一階段,通過密碼抽簽算法選出的共識參與者對其收到的候選區(qū)塊(為控制通訊成本,實際上用的是候選區(qū)塊的哈希摘要)運行分級共識協(xié)議(Graded Consensus), 選出“驗證者”共識最多的候選區(qū)塊。

第二階段,共識驗證者對第一階段選出的候選區(qū)塊,運行二元拜占庭協(xié)議(Binary Byzantine Agreement),即要么接受它,要么接受空區(qū)塊。全網(wǎng) 2/3 的節(jié)點公證簽名,區(qū)塊即完成最終性。

BA的一個重要特征是:在點對點網(wǎng)絡(luò)通訊下,BA的參與者可更換。也就是,BA每次循環(huán)的每一個子步驟均可由全新的、獨立隨機選擇的參與者來執(zhí)行。真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,無法保證每個節(jié)點隨時都在線。在這種情況下,BA仍能正確、有效地達成共識,因為每一輪每一步驟的節(jié)點在BA算法下都是可代替的。假設(shè)有上百萬的用戶,BA每次循環(huán)的每一個子步驟的參與者可以完全不一樣,而且每一批參與者都無法確定下一批參與者是誰,從而無法串謀。

公鏈的工作機制證明,解決共識機制的VRF,演繹共識的CWV

【驗證組規(guī)??s小】

要討論共識機制的去中心化,不能僅僅看參與鑄塊的必要條件,而是要深度分析系統(tǒng)對節(jié)點算力、帶寬、存儲等綜合要求。這些要求越低,普羅大眾越能真正參與到系統(tǒng)的共建中。從這個角度來看,目前主流的VRF項目也都存在較大的問題。它們更多從學術(shù)角度思考,為了解決安全性問題把共識階段的驗證組規(guī)模設(shè)計得較大。但一到實際工程實現(xiàn),就會發(fā)現(xiàn)驗證組內(nèi)的通訊量巨大,導(dǎo)致參與節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)帶寬門檻變得很高,實際阻礙了普通用戶參與到系統(tǒng)中。因此,現(xiàn)有VRF機制在去中心化要面對的問題,其實也跟比特幣一樣,盡管準入機制均為高度去中心化,但算力成為門檻后,普通用戶無法參與比特幣。但如果可以設(shè)計良好的獎懲機制,能對明確作惡行為進行識別和懲罰,則就可以用結(jié)合技術(shù)的通證經(jīng)濟設(shè)計來保障系統(tǒng)安全,那么驗證組規(guī)模就無需太大,假設(shè)100人/組就可以完成。不但提高了去中心化程度,也提高了性能。達到了去中心化與高性能的平衡。

在此情況下,VRF算法近年來得到越來越多人關(guān)注,它是一種低能耗,高效率的隨機數(shù)算法,并提供了非對稱密鑰可驗證機制?;蛟S基于VRF的共識機制,才是“不可能三角”的正解。

在此情況下,CWV2.0提出了VRF先驅(qū)Algorand、DFINITY存在的問題:1、Algorand難以達到宣稱的高性能,去中心化也存在問題;2、DFINITY在安全性和性能上都存在較多疑點;3、兩者在真正Dapp落地方面都存在問題。

CWV2.0 VRF共識主鏈真正創(chuàng)新的突破在于結(jié)合VRF(可驗證隨機函數(shù)/隨機驗證方法)的Leader(下一個區(qū)塊產(chǎn)生者)以及Committee(委員會)進行cryptographic sortition(抽簽),并提高了項目的去中心化程度,使得普羅大眾越能真正參與到系統(tǒng)的共建中。在運行過程中實現(xiàn)通過隨機函數(shù)確保出塊節(jié)點的公平性和去中心化控制來完成權(quán)益的共識。同時通過PBFT實現(xiàn)的容錯能力實現(xiàn)在賬本層面的快速記賬出塊,使得CWV2.0主鏈更加的高效穩(wěn)定和可靠。

我們都知道區(qū)塊中心化的存儲是區(qū)塊鏈的底層設(shè)計,IPFS、FileCoin采用了PoST存儲容量共識算法,實現(xiàn)了存儲主鏈。但是對于節(jié)點來說,基于零知識證明的 POC容量證明算法,導(dǎo)致過度依賴于節(jié)點的服務(wù)器CPU、甚至GPU的計算性能,從而導(dǎo)致出塊效率極低,計算資料浪費的局面。其次,在智能合約、虛擬機方面,幾乎不太可能實現(xiàn)很好的整合。

對于這些問題,CWV對于合約引擎進行優(yōu)化,支持新版本的Solidity合約、內(nèi)部crc20和crc721的轉(zhuǎn)賬,支持require等新的版本及CRC721結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實現(xiàn)億級的大規(guī)模應(yīng)用。

CWV2.0目前區(qū)塊高度近5000萬塊,TPS/CTPS在5萬以上,支持超級節(jié)點數(shù)100個;

數(shù)據(jù)層優(yōu)化,更換為LevelDB更穩(wěn)定,啟動數(shù)據(jù)壓縮減少節(jié)點空間,自動快照功能減少內(nèi)存使用;

StateTrie樹升級為64叉樹,提供更快的并行交易,優(yōu)化數(shù)值存儲和查詢復(fù)雜度,提高了交易執(zhí)行性能;

新增分片指令,主鏈提供分片的內(nèi)部交易執(zhí)行,提高單片執(zhí)行和跨片執(zhí)行效率。

CWV 2.0主鏈采用快慢雙鏈并行的工作機制,根據(jù)生成數(shù)據(jù)塊內(nèi)容及優(yōu)先級的不同,選擇礦工工作模式。

事實上,這就是一種縮小驗證組的有效機制。

快速鏈確保交易效率,慢速鏈提供安全保障,這樣的雙鏈模式在保證主鏈交易效率的同時,能夠兼容傳統(tǒng)的共識算法,保證主鏈數(shù)據(jù)與交易的安全性與去中心化。

通過雙鏈結(jié)構(gòu)及兩大底層技術(shù),CWV 2.0主鏈GPS達到每秒3萬、理論峰值10萬的超高效能,不僅擁有充足的存儲能力,能夠?qū)崿F(xiàn)私有化數(shù)據(jù)存儲,更能夠大大提升個人數(shù)據(jù)上鏈保存的空間、讀取效率以及安全性,為CWV 2.0以存儲挖礦為基礎(chǔ)的去中心化生態(tài)提供技術(shù)前提。根據(jù)CWV2.0實驗數(shù)據(jù)測算,其實普通家庭寬帶就可以滿足CWV2.0的節(jié)點帶寬要求,從而很好解決了VRF系統(tǒng)去中心化程度不高的問題。

CWV2.0的哲學是在繼承現(xiàn)有成熟方案的基礎(chǔ)上,進行共識和技術(shù)的升級,希望能最終解決上述四方面問題,成為更便捷、更高速、更智能的新一代公鏈基礎(chǔ)設(shè)施、通用級分布式數(shù)據(jù)庫(存儲)云和區(qū)塊鏈操作系統(tǒng),做到賬本層面、智能合約層面、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲層面、用戶界面的有機結(jié)合,也就是真正意義上的區(qū)塊鏈3.0。

作為區(qū)塊鏈3.0世界的底層設(shè)施,基于VRF共識主鏈+ PoSt時空證明 + 雙鏈結(jié)構(gòu),使得這個世界的生態(tài)足夠安全和穩(wěn)定,讓每個節(jié)點/用戶能平等地享受到價值的饋贈,其卓越的高速路網(wǎng),也能順暢地承載起各種量級應(yīng)用的奔跑,規(guī)?;涞厣逃眉塂apps。

未來已來,每個人都站在了新世界的十字路口,有的人對接下來的風云變幻還不夠敏感,有的人則自顧自地忙于拾人牙慧,有的人空喊著口號卻裹足不前,而唯有看到時代痛點并發(fā)力關(guān)鍵技術(shù)的人,方能屹立潮頭。

今年是CWV項目啟動以來的第三個年頭,全新升級的CWV2.0主網(wǎng)目前已經(jīng)上線映射中。

這三年以來項目團隊的誠意、決心和意志。屆時,CWV2.0將可同時支持數(shù)萬個商業(yè)級的分布式應(yīng)用程序(DAPP)在其平臺上運行,而VRF共識疊加PoST共識機制能帶來多大的優(yōu)越性,快慢雙鏈結(jié)構(gòu)下的存儲挖礦紅利又會有多大,這些都將得到驗證,我們拭目以待。

(免責聲明:本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿,凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息,均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性,但不保證有關(guān)資料的準確性及可靠性,讀者在使用前請進一步核實,并對任何自主決定的行為負責。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯誤、不確或遺漏,概不負任何法律責任。
任何單位或個人認為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權(quán)或存在不實內(nèi)容時,應(yīng)及時向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實情況說明,并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細侵權(quán)或不實情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后,將會依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實,溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。 )