技术贴：浅谈阿希币asch系统的共识机制与容错性

　　我们之前分析过，DPOS的主要问题在于受托人的过高，而其他节点对区块的有效性验证过于简单，这就很容造成一个局面，即不同内容、但相同高度的区块共存于络中的不同节点，也就是所谓的分叉，进而造成双重支付。

　　因此，PBFT带来额外的流量消耗就可以理解了，其根源也找到了。在AC0.5算法中，这个额外的流量或者说“其他节点的决策”指的就是每个节点对下一个区块的投票信息，投票信息主要内容有4个部分，即区块高度、区块ID、签名、公钥，其中区块高度和区块ID的长度可以忽略不计，签名的长度为64字节，公钥的长度为32字节，一个区块达成共识需要全部受托人总数的2/3的投票，在asch系统中受托人总数为101人，也就是说需要至少67个投票。一个区块的大小大约是200字节，相当于2个投票的大小，因此AC0.5中流量消耗是原始DPOS的30多倍(在没有交易的空block情况下，如果有交易则交易不会消耗额外的流量)。

　　AC0.5中服务器之间的消息传递使用json格式，二进制字段则是为hex编码后再进行传输，投票中的二进制字段包括公钥和签名，之前我们算的是100字节，为hex编码后则翻1倍，变成200字节了。

　　AC1.0对这一点做了改进，使用了protobuf作为序列化方法，效果很不错，带宽降为原来的60[%]左右。

　　通过对比可以发现，AC0.5需要三次，AC1.0仅需要两次，并且在propose环节，只了区块的元信息，不包括交易信息，只元信息有个好处，可以防止在区块无法达成共识的情况下白白浪费流量，因为如果连元信息都无法通过，那就没必要交易信息了。

　　AC0.5使用的协议为最朴素也最的gossip算法，即随机选取一定数量的相邻节点然后将消息给它们, 这个一定数量固定为100. 任何一个节点在收到一条信息后，会计算这个消息的hash，如果发现没有收到过，就会继续给它的相邻节点。也就是说一轮需要进行100 * N次通，在N小于100的情况下，相当于复杂度为O(N^2), 在这里N为整个络的节点个数。

　　AC1.0把这个固定数量改为sqrt(N), 也就是说假如有100个节点，每个节点只需要给10个相邻节点。

　　这个改动很小，但是参数的设置却常需要经验的，我们做过了大量的测试后，认为sqrt(N)可以达到比较理想的效果，一次需要的通次数略高于N * sqrt(N)。

　　除此之外，我们还实现了一个基于一致性哈希的算法，性能达到了极致，算法复杂度降低到了O(N), 但是这个算法需要更多的测试，其稳定性和可靠性也不如更简单的随机算法。

　　从内因的角度来说，系统应该能正常节点出错，这些错误主要是指服务器宕机、硬件错误、络拥塞等。Asch系统能够最多1/3的受托人节点同时出错，假如某个受托人的节点出错了，那轮到该受托人生产区块的时候，就会缺失一个，并顺延到下一个10秒。假如超过1/3节点同时出错，那么系统将暂停工作，等到足够的节点恢复正常后，系统就可以立即恢复正常。

　　假如1/3以上的节点永远无法恢复(这种情况是存在的，比如他们的密钥丢了)，那么系统必须要通过一次软件升级来恢复，并且这个升级不强制所有节点执行，只要部分节点升级，区块生产恢复正常后，通过受托人投票把那些不正常的节点撤销掉，系统就恢复如常了。

　　从外因的角度来说，系统应该能够黑客、受托人作弊的情况。这里的黑客不是说DDOS，DDOS造成的后果最多是部分服务器宕机，我们已经归到内因里去了，这里的黑客主要是指通过入侵拿到部分受托人密钥并获取权限，然后利用这些权限获利。获利的手段无非是多个版本的区块，在短时间内造成分叉，然后进行双重支付。在asch系统中，黑客必须要同时获得1/3以上节点的密钥，才能够发动连续，使络的分叉持续下去，否则系统将通过最长链同步算法迅速消除分叉，分叉之间的差距不会超过1个区块高度，也就是说2次确认以上的交易基本上不可能被回滚了。

　　从现有的使用DPOS算法的系统来看，包括bitshares、crypti、lisk在内，这些系统出现的分叉都是内因造成的，甚至大多数是算法实现上的bug所导致的。黑客DPOS的案例还没有听说过，虽然存在理论上的漏洞，但要想真正的，需要高超的技术和昂贵的资源，成本和收益不对等，因此也不会有人去，当一个DPOS系统的市值慢慢增大，我们可以继续提高受托人节点的数量，进一步提高的成本，因此外因的风险基本可以忽略。

　　最后，我想解释一下分叉这个词，分叉来源于英文的fork，fork根据上下文的不同，我认为可以翻译成两种意思，一个是分叉，另一个是。

　　分叉指的是在社区团结一致的情况下系统因为bug或被造成的不一致性，而是指社区因观念分化造成软件不同的方向。

　　分叉强调的是系统的bug和不一致性，强调了物的因素，分叉后系统可能还是一个系统，并且是很可能被复原的；而则是强调了人为的因素，一旦社区，则系统一分为二，变成两个系统。

　　从这个角度来说，asch对于分叉可以做到事前的预防和事后的修复，但无法应对社区的，任何一个区块链系统也无决的问题，包括比特币和任何一个声称可以避免分叉的PBFT系统。

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