鏈化未來公眾號將分三篇文章來闡述鏈化未來的共識協(xié)議的理論設(shè)計，后續(xù)還會推出一系列文章來詳細說明鏈化未來共識協(xié)議的工程實現(xiàn)，本文為鏈化未來共識協(xié)議理論設(shè)計的第二篇（第4章）。

4、架構(gòu)

鏈化未來每一輪，分為如下幾步完成

基于可驗證延時函數(shù)的隨機數(shù)層每個共識周期提供一個系統(tǒng)隨機數(shù)。

節(jié)點利用隨機數(shù)結(jié)合硬件指紋和代幣，在每一輪共識開始，選出一定數(shù)目的Proposer和Voter。

由Proposer提議需要成塊的消息，由Voter對選中的唯一提議消息相互發(fā)送確認。

節(jié)點對交易批進行執(zhí)行，再利用上一個塊隨機數(shù)選出一定數(shù)量Voter，通過BA（binary agreement）協(xié)議相互同步對交易批的執(zhí)行后狀態(tài)。

節(jié)點對交易批和執(zhí)行后狀態(tài)獨立打包成塊。

4.1 隨機數(shù)層

隨機數(shù)層，為上層提供隨機數(shù)源，比如共識委員會的選擇，dapp 的隨機源?；?VDF 的隨機數(shù)生成層，對于任何人都可以參與，同時任何人都可以驗證隨機數(shù)的正確性。但是考慮到 VDF 本身的復(fù)雜特性，特別是要防范專門的硬件設(shè)計廠商，所以需要對隨機數(shù)的生成過程進行設(shè)計。

詳細原理如下：

MAIN 委員會的成員 i 基于上個共識周期的隨機數(shù)randi?進行 VDF 的計算，計算時間跟共識的周期相關(guān)，只要共識在持續(xù)進行，那么 VDF 就要持續(xù)計算。

VDF的計算結(jié)果將包含在共識最終形成的塊中，所有人都可以對VDF的計算結(jié)果和其中包含的隨機數(shù)進行驗證。

每個委員會成員，都應(yīng)該運行VDF的計算函數(shù)。Listener節(jié)點不需要運行VDF函數(shù)，但是需要驗證VDF的計算結(jié)果。

本設(shè)計的主要目的，在于防止隨機數(shù)生成過程中，有人拒絕提交，或者可以預(yù)測未來的隨機數(shù)，進而對proposer和validator節(jié)點進行預(yù)測，進行攻擊。同時基于VDF的隨機數(shù)，也非常方便地可以應(yīng)用在Dapp中，達到公平的目的。

4.2 身份層

每個自愿參與共識的節(jié)點都有一對密鑰 (sk,pk) 作為身份標識。設(shè)備被選為共識成員的概率依賴以下三個評分的綜合結(jié)果。

鏈上代幣。所有公鑰對應(yīng)的資產(chǎn)在鏈上都可以查詢到，所以持有代幣的百分比作為?wcoin。有的節(jié)點可能持有大量代幣，但是不愿參與共識，可以代理給其他可靠的硬件廠商對應(yīng)賬戶，類似Dpos。或者持有大量代幣的節(jié)點可能同時分散在多個賬戶，這不會影響到公平性，因為多個賬戶的綜合被選中概率與一個賬戶相同（假設(shè)其他兩個賬戶對應(yīng)的硬件設(shè)備指標相同）。

硬件特性。根據(jù)自愿參與共識的設(shè)備硬件指紋信息可以得出硬件特性評分。該評分可能有多個維度，比如 CPU/網(wǎng)卡/硬盤特性，分別適合committee中不同的身份。該權(quán)重暫定為whardware。

聲譽。根據(jù)節(jié)點賬戶對代幣的持有壽命（塊高度）、設(shè)備歷史參與記錄、成功提交區(qū)塊的次數(shù)，系統(tǒng)自動計算出節(jié)點信譽。該權(quán)重為wreputation。

每個公鑰對應(yīng)一個權(quán)重?w?=?r1???wcoin?+?r2???whardware?+?r3???wreputation，其中r1, r2, r3?為系統(tǒng)常量，用來設(shè)置各個權(quán)重的比率。

4.3 共識層

共識的詳細過程如下

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Figure 1: 共識時序圖

propose輪。節(jié)點基于上一個block，獨立判斷是否被選為Proposer或Voter。該輪保證消息確定性地由Proposer到全網(wǎng)大部分節(jié)點。

– Proposer在廣播PROPOSE消息的同時為了加速傳播，廣播帶交易hash的 ECHO。為了最小化帶寬消耗，PROPOSE 消息被冗余編碼后，分別傳給多個節(jié)點。每個Proposer 只能廣播一次，多次廣播被視為惡意節(jié)點。在廣播的propose消息中，應(yīng)該包含VDF的計算結(jié)果。

– Voter等待TP ROP時間后，對收到PROPOSE消息校驗格式，選擇proof最小的廣播相應(yīng)ECHO消息。同時 Voter 需要對proposer發(fā)送VDF結(jié)果進行驗證。

– 節(jié)點收到TH1個消息后，即使在未收到 PROPOSE 消息的情況下，也廣播 ECHO 消息。

– 節(jié)點收到T H2?個ECHO后完成此輪，返回。

– 節(jié)點等待T IMEOUT?未收集足夠數(shù)量ECHO后，判斷超時，將交易批設(shè)置為空。

執(zhí)行，所有節(jié)點對上一輪的結(jié)果執(zhí)行，并基于原狀態(tài)state1?計算輸出狀態(tài)的摘要state2。

BA 輪，全網(wǎng)基于上一個block和輪數(shù)，獨立判斷是否被選為Voter。該輪保證大部分節(jié)點對執(zhí)行結(jié)果的摘要接受與否達成一致。

– Voter廣播包含state2的ECHO消息。消息中同時包含VDF的計算結(jié)果和證明。

– 節(jié)點收到T H2個ECHO后，驗證VDF的計算結(jié)果和證明，完成此輪。超時則成空提議，返回。

– 若上輪超時，則新開始一輪，重新判斷是否為voter，基于CommonCoin決定是否提起包含state2還是空交易批的ECHO消息，然后廣播。

– 節(jié)點收到TH2?個ECHO后完成此輪。否則繼續(xù)利用CommonCoin判斷下一輪的 ECHO 消息內(nèi)容。

– BA中每一輪時間固定為TBar，節(jié)點判斷超時后返回空。若超出特定BA輪數(shù)，則節(jié)點將狀態(tài)回滾到state1，該輪包含空交易批。

成塊

– 各個節(jié)點利用執(zhí)行結(jié)果狀態(tài)獨立成塊。同時，將VDF的計算結(jié)果和證明包含在塊中。整個共識過程中，Listener會接收到跟Voter和Proposer同樣的消息，所以除了傳遞消息外，Listener同樣會校驗、處理消息、成塊。

具體算法描述如下：

節(jié)點每輪對消息的響應(yīng)如下：

4.4 新節(jié)點加入

新節(jié)點需要經(jīng)過如下幾個步驟：

觀察并接收網(wǎng)絡(luò)正在傳播的消息，確定塊高度和共識的輪數(shù)，當前塊共識結(jié)果。為了防止被惡意節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)控制的方式攻擊，新節(jié)點需要盡量從多個網(wǎng)絡(luò)地址監(jiān)聽共識消息。

根據(jù)當前成塊，向網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點拉取歷史區(qū)塊，并驗證鏈的正確性?？紤]到鏈的單向性，新節(jié)點可以保證歷史區(qū)塊的正確性。

新節(jié)點要同時對VDF的結(jié)果進行驗證，假如有多條鏈同時存在，那么要選VDF累計比較多的鏈。