來自未來的科技DFINITY：在互聯網計算機上達成共識_區塊鏈:區塊鏈存證怎么弄

安全性和可靠性對于互聯網計算機的愿景至關重要。互聯網計算機由世界各地數據中心中通過互聯網計算機協議進行通信的計算機提供動力。通過這種方式的協作，這些機器形成了一個虛擬的互聯網計算機。

“安全”是指容器的狀態只會根據容器的規則進行更改，并且不能被篡改，“可靠”是指容器不會突然停止運行。

互聯網計算機使用一種新穎的共識協議來實現這些特性：不同的機器或副本必須就要處理的輸入和以什么順序達成共識，以使它們保持一致的狀態。

另外，我們希望互聯網計算機能夠擴展，我們可以在平臺上以容器的形式運行越來越多的分散式應用程序。為了實現此可擴展性要求，我們將容器分成較小的組，每個組在我們稱為子網的網絡上運行。

子網由世界各地許多不同的副本提供動力，并且它們都執行在該子網上運行的容器。不同子網中的容器也可以安全地通信。我們總是可以向互聯網計算機添加子網，從而增加其容量。

●為什么共識很重要

只要大多數計算機都能正常運行，任何數量的副本就可能不可用或具有惡意，而不會影響子網的正確狀態。這種使用復制獲得安全性的方法需要共識協議。子網必須處理不同的消息，即從用戶到容器以及從容器到容器的消息。

而且，它們都必須以相同的順序處理相同的消息，以便所有副本始終以相同的狀態結束，但是為子網提供動力的每個副本實際上可能會以不同的順序看到消息。我們使用共識協議，以便為子網提供動力的所有節點都可以同意要處理的消息的順序。

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我們將通過使用區塊鏈達成共識。子網應處理的消息被分組在一起，并放置在區塊中，其中每個區塊都指向前一個區塊，從而形成了一個區塊鏈。當所有副本都在區塊鏈上達成共識時，就可以實現安全性，從而對要執行的消息進行排序。

我們想要“安全性”、“活躍”、“有效性”，然而困難在于，即使為子網提供動力的某些節點可能出現故障、脫機甚至是惡意活動，我們也要保持這三個屬性。

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在下面的示例中，我們將經常使用四個節點，這意味著如果其中最多一個是惡意的，我們應該滿足這些屬性。

我們將放大到單個子網，并了解如何使用區塊鏈達成共識，但是請務必記住，互聯網計算機由許多子網組成，因此由許多區塊鏈組成。我們將通過在對等八卦網絡之上構建一個共識協議。

我們經常會說副本將“發送此消息”。我們使用八卦網絡與子網上的其他副本交換消息。我們還將只關注消息的順序，我們協議的其他部分將處理這些消息。

我們選擇根據互聯網計算機的需求來設計共識協議。這個協議包含四個主要部分：

首先，區塊制作。這部分創建候選區塊，我們可以在其中構建區塊鏈。

其次，公證。這部分負責識別有效的區塊，我們可以在其中構建有效的區塊鏈。

第三，隨機信標。隨機信標將為我們提供一些隨機性，可用于進一步增強協議。

最后，最終性。它將告訴我們我們何時真正達成協議。

●區塊制作

動態 | ChainLink付費DAU曝光：日活近期突破兩位數，99%調用來自同一智能合約:據DappTotal提供的ChainLink合約DAU數據顯示，在過去一個月內，ChainLink 的付費用戶DAU數量從7月中旬的2-3個地址提高到8月上旬的11-13個地址，其中99%的調用來自于同一個智能合約。分析師表示，ChainLink 智能合約的99%調用次數來自于一個 0x79feb 開頭的地址。據了解，該 0x79feb 開頭的地址為一個智能合約，它從 Chainlink 獲取 ETH 報價后存入智能合約中，尚不清楚智能合約背后有多少真實用戶在使用。（區塊律動BlockBeats）[2019/8/12]

子網上的副本可以充當區塊制造者，提出一個擴展鏈的區塊。它將具有一些可用消息，這些消息應由在此子網上運行的容器處理。

它可能有一個達到一定高度的區塊鏈。它收集等待處理的消息，將它們分組為一個區塊，并通過在此八卦網絡上將其發送到其他副本來建議對區塊鏈進行擴展。

即使某些參與者實際上行為不當，我們也希望該協議能夠正常工作。因此我們不能選擇一個單一的區塊制造者來擴展區塊鏈，因為這個區塊制造者實際上可能是惡意的，而且我們可能會被困住，我們必須有許多副本充當塊制造者。

聲音 | Blockstream首席戰略官：比特幣價值來自社會共識和不可預測性:據ambcrypto消息，比特幣公司Blockstream首席戰略官Samson Mow最近表示，“社會共識”賦予比特幣其內在價值，是推動資金增值的重要因素。兩年前投資比特幣的人目前持有的金額是原始投資的四倍，這證明了比特幣是一個很好的價值存儲。而作為一種非對稱回報資產，比特幣也是不可預測的。[2019/5/28]

●公證

為了解決這個問題，我們有一個經過公證的流程，該流程可以輪流工作，并且每輪都確保我們至少有一個可以擴展區塊鏈的有效區塊。

例如，假設副本1具有經過公證的區塊鏈，高度一直到29。如果現在看到一個區塊將區塊鏈擴展到高度30，它將驗證該區塊。

如果副本1看到此區塊有效，則可能在其上放置一個加密簽名，我們將其稱為“公證份額”。公證份額將發送到其他副本和子網，表示副本1認為這是一個好區塊。

也許副本3和副本4也可能在同一區塊上創建公證份額。讓我們定義四個副本中的三個是足夠的批準。請注意，在這種情況下，四分之三是我們希望獲得的最高批準百分比，即使其中一項說明出現問題或脫機，協議也應取得進展。

我們將這三個公證份額合并為一個虛擬制品，我們將其稱為公證，這意味著區塊30已公證。公證人現在將進入下一個回合，并開始在31號高度尋找區塊。

動態 | 過去的五個小時內BCH區塊生產均來自csw陣營和吳忌寒陣營:在過去的五個小時內，BCH區塊生產均來自csw陣營和吳忌寒陣營，其他礦工幾乎沒有參與。[2018/11/15]

對于這些公證份額，我們使用稱為多重簽名的特殊簽名。

即使我們有一個包含許多公證人的非常大的子網，該公證工作仍將是一個很小的工件。

公證并不總是像剛才描述的那樣工作。為了滿足活性，公證人現在將實際對兩個區塊進行簽名，并確保至少其中一個將以這種方式進行公證。這意味著我們可以在一個高度上獲得多個經過公證的區塊。

●隨機信標

區塊制造者和公證人可以識別有效的區塊，但是我們尚未達成共識，因為在每個高度上可能都有多個經過公證的區塊。因此，我們所看到的可能看起來像是由許多有效區塊組成的樹。

為了最終在區塊鏈上達成協議，我們將通過在協議中添加一些內容：隨機信標，來減少每輪獲得的經過公證的區塊數量。在每個高度，都有一個看起來像是虛擬的隨機數，我們稱其為隨機信標，是一個不可預測的值。

副本可能在高度29處有一個隨機信標，并且當第二十九輪的公證過程完成時，它決定是時候創建下一個隨機信標了。它將在先前的隨機信標值上創建一個特殊簽名。這是我們通過八卦網絡共享的另一個工件。

如果現在獲得另一個隨機信標份額，則可以合并這些份額以構造下一個隨機信標值。我們通過使用特殊簽名來做到這一點。

但是，它們也是不可預測的，因為副本無法自行構造該值。這些閾值BLS簽名需要特殊的密鑰材料，其中各方之間共享密鑰，我們通過稱為非交互式分布式密鑰生成的協議進行了設置。

現在我們有了這種常見的隨機性，我們將使用它來對每一輪的區塊制造者進行排名。

例如，使用我們在第23輪中創建的隨機信標，我們將在第24輪中對區塊制造者進行排名。在第24輪中，我們可以同意副本1是最高優先級的區塊制造者。

我們仍然需要回退，因為副本1可能無法正常工作。例如，副本4可能會被選為第1級區塊制造者，這是第一個后備者。如果這不起作用，則副本3是第2級區塊制造者。

最后，副本2是不得已的方法。由于隨機信標具有共同的隨機性，因此所有復制品均同意區塊制造者的這種排序。

現在我們將使用該區塊制造者排名來進一步增強公證行為。當公證人進入回合時，它將啟動一個計時器。在計時周期開始時，它只是希望由第0級區塊制造者為該區塊創建公證份額。

只有在一定時間后失敗，公證人才會退回到第一級區塊制造者的區塊提案中。再經過一段預設的時間后，它將進一步下降到2級或3級區塊制造者。

我們的目標是減少每輪獲得的經過公證的公證件的數量。讓我們看一個例子：副本1在第30輪中，它收到一個有效的高度建議為30的區塊建議，但它只是排名1的區塊制造者。

它要等待，因為它尚不愿意對等級1的區塊進行簽名。如果一切順利，它現在可能會從第0級區塊制造者那里收到一個區塊建議。現在，公證人在此區塊上而不是在等級1區塊上創建公證份額。

現在，在某些回合中我們可能仍然有多個經過公證的區塊，但希望在大多數回合中，我們僅從第0級區塊制造者那里獲得一個經過公證的區塊。實際上，如果只有一位公證人，那么我們已經達成協議。

因為每一輪中必須有一個有效的公證區塊鏈，并且如果只有一個候選區塊，那么經過該點的每一條鏈都必須經過該區塊。因此，實際上必須商定該區塊所隱含的鏈。

●最終性

挑戰仍然存在：我們如何知道我們已經達成協議？復制品如何知道它們可以接受鏈？一種選擇是讓副本僅等待一段時間，并假設在此時間段之后它將看到所有已公證的區塊，并且如果僅一個高度的公證區塊，則認為該鏈是同意達到這個高度。

然而這是一種冒險的方法。也許網絡無法正常運行，實際上還有其他一些我們尚未看到的經過公證的模塊。這意味著如果我們沒有等待足夠長的時間，則可能會違反安全屬性。

我們通過使用不同的機制來遵守協議來避免這種折衷。

現在，我們將讓公證人分享一些有關他們公證的區塊的信息，如果公證人沒有為該輪在該輪收到的第一個經過公證的區塊以外的區塊創建任何公證份額，它將創建另一種類型的簽名，我們稱之為最終份額。

副本1的高度30區塊上的最終份額從本質上講意味著副本1沒有公證簽署除此高度以外的任何高度30區塊。這是另一個將散布到其余子網的工件。如果足夠多的副本還為同一區塊創建最終份額，那么我們可以將它們聚合為一個終結。

每當我們在區塊上看到這樣的最終確定時，我們都知道我們可以信任區塊鏈，因為最終確定證明了在那個高度上沒有其他經過公證的區塊可以存在。

如果網絡運行良好，這意味著我們實際上可以很快在區塊上達成協議，因為我們可以快速創建這些最終份額并在區塊鏈上達成協議。

而且我們沒有受到網絡攻擊的風險。即使網絡運行不正常，我們也知道我們是安全的，因為我們僅依賴簽名，而不依賴于已經看到所有消息的假設。

總之，我們有一個由四個部分組成的共識協議。區塊制造者創建候選區塊以擴展區塊鏈。我們有一個公證過程，可確保識別出有效的區塊。然后，我們添加一個隨機信標，用于對區塊制造者進行排名，并減少每輪獲得的經過公證的區塊數量。最后，我們使用異步終結機制，該機制使我們知道何時真正同意區塊鏈，而不必完全依賴網絡假設。

這個共識協議使我們能夠在子網內使用復制，從而實現了互聯網計算機所需要的安全性和可靠性。

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