好的共識機制是一個區(qū)塊鏈項目的靈魂，它決定著項目生態(tài)能否最終走向繁榮。前不久，我們正式開啟了VNT超級節(jié)點競選及投票活動，這讓不少社區(qū)愛好者對VNT Chain采用的共識機制產(chǎn)生了興趣。

在區(qū)塊鏈?zhǔn)澜?，共識一般都是通過特定的數(shù)學(xué)算法實現(xiàn)，常見的共識機制有PoW（工作量證明），PoS（股權(quán)證明），DPoS（委托權(quán)益證明），BFT（拜占庭容錯）等。但每種單一的算法都有自己的優(yōu)點和缺點，例如PoW模式具備高安全性與穩(wěn)定性，卻犧牲了性能，其中最為典型便是比特幣。再如PoS模式是通過算法來選擇出塊共識節(jié)點，具備高性能，卻犧牲了部分的安全性與去中心化。

那么能否博取眾長設(shè)計一個即公平、安全又能保證性能的共識算法呢？這是我們創(chuàng)新采用Vortex共識算法的初衷，Vortex共識算法融合了DPoS、BFT與硬件加速，并融入了保證金、高安全、終局性、激勵機制等設(shè)計。

如何保證網(wǎng)絡(luò)安全高效

Vortex通過融入DPoS，能夠加速打包交易、生成區(qū)塊和驗證區(qū)塊，獲得較高的交易吞吐量；并讓所有持有代幣的用戶都可以參與到網(wǎng)絡(luò)治理，投票選出若干委托節(jié)點，區(qū)塊鏈完全由這些委托節(jié)點按照一定算法生成和維護。通過融入BFT，Vortex能夠?qū)崿F(xiàn)快速終局，任何交易經(jīng)過一段時間之后，總能被區(qū)塊鏈最終確認，并且無法進行回滾。同時我們對傳統(tǒng)BFT算法進行改進，把交易和共識拆分在兩個通道中做異步處理，提升消息處理效率；這樣取消了交易全網(wǎng)廣播，能夠降低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。此外Vortex還能夠應(yīng)對各種攻擊，包括Nothing at stack、Long range attack、Double spending attack、Bribery attack等，有效防止分叉和數(shù)據(jù)篡改。

如何在低能源成本下提高性能

在當(dāng)前嚴格的效率要求下，數(shù)據(jù)中心面臨著越來越大的數(shù)據(jù)量和工作量復(fù)雜性的需求。為了滿足高性能、可擴展性和可伸縮性的目標(biāo)，服務(wù)通常運行在數(shù)百到數(shù)千臺機器上。這就需要一些合作共識來維護機器的一致性。不可避免的性能開銷和需要的附加資源往往會降低一致性，導(dǎo)致較少的用戶必須建立更復(fù)雜的應(yīng)用程序來處理潛在的不一致性。一致性需要的高成本來自達成協(xié)議所需的多輪溝通，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)棧沒有對時間延遲或者特定的通信模式進行優(yōu)化，使共識協(xié)議的加速變成了一個瓶頸。我們的另一個策略是做硬件加速，通過對共識算法里涉及到的驗簽環(huán)節(jié)做硬件加速，以實現(xiàn)在低能源成本下提高系統(tǒng)的性能。

如何尋求各方平衡點

除了考慮性能及效率之外，對于智能網(wǎng)絡(luò)，要想把共識作為網(wǎng)絡(luò)的一種屬性，而不是只讓它在應(yīng)用層上實現(xiàn)，還需要在實現(xiàn)的復(fù)雜度和中間件可達到的吞吐量中找到平衡點。而在網(wǎng)絡(luò)中加入?yún)^(qū)塊鏈共識協(xié)議提高系統(tǒng)效率是很好的選擇，如PBFT（實用拜占庭容錯算法）/SBFT（簡化拜占庭容錯算法）/RBFT（冗余拜占庭容錯算法）等共識協(xié)議。我們通過FPGA實現(xiàn)共識驗證的系統(tǒng)運行框架，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場可編程門陣列）具有低功耗的特點，不受傳統(tǒng)的CPU在數(shù)據(jù)處理方面的線速限制，在上面運行共識協(xié)議能夠降低時間延遲，通過擴展中間件的功能或添加廉價的共識給網(wǎng)絡(luò)處理節(jié)點，將共識協(xié)議更多的價值推廣到網(wǎng)絡(luò)。

通過這種在網(wǎng)絡(luò)級采用硬件實現(xiàn)共識驗證的方法，可以不增加數(shù)據(jù)中心的容量，在FPGA上實現(xiàn)PBFT/ SBFT/RBFT等區(qū)塊鏈共識協(xié)議，降低了時間延遲。具體運作步驟如下：

1）首先構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)級采用FPGA實現(xiàn)共識驗證的系統(tǒng)運行框架；

2）FPGA節(jié)點之間通過執(zhí)行TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）協(xié)議進行點對點連接；3）FPGA節(jié)點采用ARP（地址解析協(xié)議）、ICMP（控制報文協(xié)議）、DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）輔助TCP/IP協(xié)議與其他FPGA節(jié)點交互，縮短TCP/IP堆棧，使FPGA處于真真實網(wǎng)絡(luò)中；

4）FPGA節(jié)點將數(shù)據(jù)消息轉(zhuǎn)化為滿足共識協(xié)議需要的報文格式；

5）由FPGA節(jié)點采用PBFT、SBFT或RBFT的區(qū)塊鏈共識協(xié)議對數(shù)據(jù)消息進行傳遞廣播，其他FPGA節(jié)點收到后發(fā)生發(fā)聵并進行投票。

如何保障節(jié)點公平競選

那么在VNT超級節(jié)點競選投票中，我們?nèi)绾伪Ｕ贤镀惫脚c生態(tài)平衡。如上述步驟，在加入網(wǎng)絡(luò)的FPGA節(jié)點生成注冊證書的前提下，即FPGA節(jié)點作為合法節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)將三個FPGA節(jié)點編號0、1、2，首先根據(jù)區(qū)塊高度對3個節(jié)點取模（三個FPGA節(jié)點），得到的余數(shù)即對應(yīng)FPGA的編號，這樣選出領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點。領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點將規(guī)范了報文格式之后需要廣播的數(shù)據(jù)消息使用哈希函數(shù)SHA-256生成摘要，然后生成一個隨機數(shù)nonce，并用硬件加密模塊進行ECDSA計算，生成對摘要的簽名，向其他節(jié)點提交證明。其他節(jié)點收到數(shù)據(jù)信息后，通過隨機數(shù)nonce驗證簽名是否是數(shù)據(jù)發(fā)出者的，確定數(shù)據(jù)合法性，然后進行收到消息的反饋通知并對數(shù)據(jù)進行投票工作。

相比于公有鏈常用的幾類共識機制，Vortex在保證共識效率的同時，確保快速實現(xiàn)交易的終局性，防止交易回滾；同時在網(wǎng)絡(luò)中可保證持續(xù)的安全運行，在部分委托節(jié)點作惡的情況下也能繼續(xù)工作，并通過投票來替換惡意的委托節(jié)點，直到恢復(fù)到100%可靠的委托節(jié)點。此外Vortex的設(shè)計還融入激勵機制，對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的交易打包節(jié)點、交易傳輸節(jié)點、監(jiān)督節(jié)點進行獎勵，形成高效的傳輸通路和快速處理交易，對揭露節(jié)點惡意行為進行獎勵。

VNT Chain采用Vortex共識算法，最終目的是希望給社區(qū)成員提供更好的體驗，與廣大社區(qū)愛好者共同構(gòu)建生態(tài)未來?，F(xiàn)在VNT超級節(jié)點競選及投票活動正在火熱進行，歡迎每一位社區(qū)成員參與到VNT社區(qū)的治理中，推動網(wǎng)絡(luò)和整個生態(tài)的穩(wěn)定運行，共同打造更加良性、豐富、多元化的VNT社區(qū)生態(tài)，共享VNT生態(tài)繁榮。