Furein：EOS 高吞吐量的杀手锏 BFT-DPoS共同算法

Furein资讯，当Daniel Larimer在4月5日发布了EOSIO Dawn 3.0不久后，Furein就发现了EOS价格大幅度上涨多天。Furein觉得该准备版别的发布代表着方针在2018年6月发布正式版EOSIO 1.0的斗争途中一个重要里程碑，而且EOS全球开发团队为使EOSIO成为构建区块链运用最强壮的渠道正日以继夜地作业着。笔者发现该版别中最引人瞩目的当地要数500毫秒出块距离和BFT-DPoS的共同算法，这无疑是EOS为到达支撑百万等级用户的区块链体系中最中心的技能打破，因而本文将详细分析BFT-DPoS共同算法并解读其为何可到达远远超出其它区块链体系的500毫秒出块距离的功能。

为使读者能顺畅了解BFT-DPoS共同算法，笔者在这里首要简略介绍一下BFT 协议和DPoS算法。

一、BFT协议

BFT协议全称为拜占庭容错协议，在介绍该协议之前首要需了解何为“拜占庭问题”。该问题是由闻名核算机科学家Leslie Lamport在1982年宣布的论文“The Byzantine generals problem”中提出的，拜占庭是古代东罗马帝国的首都，因为地域广大，护卫边境的多个将军(体系中的多个节点)需求经过信使来传递音讯，到达某些共同的决议。但因为将军中或许存在叛徒(体系中节点犯错)，这些叛徒将尽力向不同的将军发送不同的音讯，企图搅扰共同的到达。拜占庭问题即为：在此情况下，怎么让忠实的将军们能到达举动的共同。

该问题的提出对后来区块链的开展有着直接的影响，区块链在本质上便是在一群无相互信任的节点间(有的节点会丢掉信息，有的节点会篡改信息)，怎么到达有用的共同。Lamport对该问题的研讨指出“关于拜占庭问题来说，假设节点总数为N，反叛将军数为F，则当N大于或等于3F+1时，问题才有解。”也便是说当一群节点中歹意节点的数量少于总数量的三分之一时，这群节点便可经过某种协议到达对某一情况的共同，而这种协议便是BFT协议。

BFT协议简略的表述便是：首要在一群数量有限的节点中经过轮换或许随机算法选出某个节点为主节点，该节点在此刻具有出块的权力。当主节点将该时段的买卖打包成区块后用自己的私钥对该区块签名，并将其播送到一切节点。其它节点对该区块进行验证和承认，若某个节点承认该区块后对该区块进行签名并发送给主节点。当主节点收到至少三分之二的不同节点的签名区块后，则该区块完结了一切节点的验证成为不可逆区块串联到区块链中。

二、DPoS 算法

在比特币的共同算法中因为PoW资源耗费过大，而且算力也越来越会集，因而Dan Larimer在2014年作为比特股的首席开发者时提出了一种快速、安全且能源耗费比较小的授权股权证明(DPoS)共同机制。DPoS在最小化网络本钱的一起，赋予每个持股人必定的投票权，由他们投票发生“超级节点”代表。最终由取得票数最多的必定数量的超级节点轮番平等地发生区块。在比特股中Dan Larimer挑选了101个超级节点，但在EOS中挑选了21个超级节点，首要有两方面原因：一是因为用户很难对较多数量的超级节点充沛了解，所以过多的超级节点会下降用户投票的活跃度;二是规划为20的节点数目能够在拜占庭问题中以更低的资源本钱来取得高效的共同。

这些超级节点的首要职责是：供给相关核算资源和网络资源，确保节点的正常运转;当轮到某超级节点具有出块权时，超级节点搜集该时段内的一切买卖，并对买卖验证后打包成区块播送至其他超级节点，其他节点验证后把区块添加到自己的数据库中。在EOS技能白皮书中，每个出块距离界说为3秒，这首要是因为在当时的网络环境下，一个超级节点打包区块并将其播送，绝大多数其他节点收到该区块的进程耗时最多3秒。只要下一个超级节点收到了上一个超级节点播送的区块时，再进行新区块的生成才不会造成对某个超级节点发生区块的疏忽。而一个区块要成为不可逆区块需求超越三分之二的超级节点进行承认，在DPoS中只要超级节点发生一个新区块，才标明它对之前收到的区块链进行了承认，所以一个区块发生后，其后续串联14个区块才标明该区块是不可逆区块，区块中的买卖是不可逆买卖，整个承认进程需求45秒。

DPoS共同算法也具有极强的抗分叉才能，因为区块添加到一条区块链分叉的速率与具有该共同的超级节点份额是相关的，也便是说，具有较多超级节点的分叉会比具有较少的那一条分叉增加速率快。任何时候一个诚笃的超级节点看到一条有用的更长链时，都会从当时的分叉切换过来，又因为超级节点数量为奇数个，所以在任何时刻必定会有一条较长的链。当一个超级节点设法在两条分叉上一起出产区块时，EOS的持有者会在下一轮投票中将该超级节点删掉，而且EOS社区会给予相关歹意节点必定的赏罚。因而，在一般情况下，运用DPoS的EOS都是很难阅历分叉的。

三、BFT-DPoS 共同机制

在最早的EOS技能白皮书中，EOS首要选用上述的DPoS机制每3秒来发生一个区块，而在最新版的EOS Dwan 3.0中为使区块链体系有更快的出块速度，EOS 选用了BFT-DPoS共同机制然后到达了500毫秒的出块距离。该机制的详细进程是：EOS的持有者经过投票体系对各个超级节点竞选者进行投票，选出21个节点为超级节点。然后这21个超级节点以本身的网络资源情况协商出一个出块权具有次序，在每个超级节点具有出块权时，以距离为500毫秒(500毫秒是EOS团队经过很多试验测验得出的当时网络情况下可到达的最小的安稳情况下的出块距离)接连发生12个新区块，然后切换到下一个超级节点接连发生之后的12个区块。

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该方法能够确保一个超级节点能够接连以500毫秒的距离发生区块，因为在同一超级节点发生新区块时不受当时网络情况的影响，但因为网络的推迟很难使得其他节点对现已发生的区块进行承认，使其成为不可逆区块。因而EOS引进了 BFT协议，当超级节点A发生第一个新区块后，A将该区块进行签名并播送给其他超级节点，其他超级节点对该区块进行验证后对其进行签名并回来给A节点，当A节点收到来自14个不同节点签名的区块后，该区块就成为不可逆区块串联到之前的区块链中(以500毫秒发生新区块的进程和对区块进行BFT协议共同的进程在超级节点中是一起进行的，即承认进程不影响超级节点发生新的区块)。EOS团队经过很多试验测验，在当时的网络情况下，一个超级节点播送一个新区块并承认的进程可在1秒的时刻内完结。因而，每个新区块的发生到成为不可逆区块最多需求1.5秒的时刻，这就使得跨链通讯的时延大大缩小。因为一个区块链在引进另一条区块链的买卖情况时有必要等候其成为不可逆买卖，所以两个根据EOS的区块链在3秒钟以内就能够进行一次来回的通讯，而以太坊进行相似的通讯需求9分钟，比特币需求3小时以上。

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上述进程尽管能够确保同一超级节点发生新区块时能够到达500毫秒的距离，但当切换超级节点发生区块时，因为网络推迟使得上一节点发生的最终几个新区块有或许被该超级节点疏忽。为处理此问题，EOS选用了承认次序的超级节点轮番出块，比如以纽约(美国东海岸)、芝加哥(美国中部)、洛杉矶(美国西海岸)、日本东京、我国上海这样的次序，该次序使得上一节点发生的最终区块传播到下一节点时有最小的推迟，然后防止下一个超级节点疏忽上一节点发生的区块。假如是随机界说出块权的超级节点，那么在现有的网络条件下，出块距离只要控制在3 秒时才可确保下一节点较大概率上不会疏忽上一节点发生的区块。

运用上述BFT-DPoS协议就能够使得EOS的出块距离从本来的3秒下降到500毫秒，这也使得跨链通讯的时延大大缩短，单位时刻内可承认的买卖数量大大提高。笔者信任假如这样的机制在EOSIO1.0的正式版别中成功完成，那无疑是区块链技能向支撑百万等级用户的方针迈出的巨大一步。

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