在之前关于《RocketProtocol虚拟机技术》系列文章中，我们介绍了REVM在兼容EVM的基础上进行了功能优化，例如增加标准类库和工具集，以此来降低开发者的开发难度、提高代码撰写和运行效率。当开发门槛降低，大量开发者进入RocketProtocol进行生态建设时，必然会出现高频率的交易。这需要RocketProtocol通过一个合理的机制来确保数据的高效性、公平性与安全性，以此来保证稳定的高频交易。而这个机制，就是本篇文章将详细分析的RocketProtocol的共识机制。什么是共识机制？
简单来讲，共识机制就是“让事件参与方对于同一事件达成相同意见”的机制。在区块链网络中，去中心化数据库被称为“账本”，每个节点都可以有一份完整的账本。共识机制则可以决定由哪个节点负责在账本中写入新的数据，以及谁来维护账本的统一。因此，共识机制是允许分布式系统协同工作并保持安全的机制。共识机制的重要性
区块链的账本由节点保存，所有节点的账本内容完全一致。每个节点都可以往账本中添加交易，也可以根据自己本地的账本去查找交易。这种机制存在风险：当有的节点记录了一笔转账而有的节点没有记录，系统就无法确定这笔转账的真实性。此时，共识机制的存在显得尤为重要。共识机制允许在不依赖于任何中心化机构的情况下，也能让组织完成大规模的集群协作并保证数据的安全性。共识机制的技术选型
随着各类公链层出不穷，共识机制也在近年来不断发展以应对可能出现的各种安全问题。目前行业内已出现了多种技术选型。下面将围绕PoW、PoS以及DPOS进行分析。PoW
PoW是工作量证明机制。工作量是指矿工的算力。矿工利用自己的算力资源进行挖矿，而将矿工的算力集中起来进行挖矿的叫做矿池挖矿。PoW挖矿的本质是一个竞争记账权的过程。无论是矿工个人挖矿还是矿池挖矿，拼的都是算力。当算力越大，进行的运算就会越多，计算出符合要求的区块哈希值就越快，获得新区块的记账权以及赚取的收益就会更多。PoW可以保证网络的安全性和公平性。首先，除挖矿以外，它没有其他应用场景，在一定程度上保证了保证了网络的安全性。其次，由于攻击者必须投入51%以上的算力才可以篡改结果，导致其攻击成本过高，因此PoW可以反DoS攻击。同时也由于矿工获得记账权只与投入的算力有关，也从某种程度上保证了出块的公平性。但PoW的算力机制会造成资源浪费。哈希函数是无法进行预测的随机散列函数，矿工需要通过大量重复的运算来得到符合要求的哈希值，以此来证明工作量，这会消耗大量的电力资源以及计算设备，对环保产生负面影响。另外，PoW机制下的运算过程允许两个矿工同时计算出结果的情况，会出现软分叉的情况。不同的矿工会继续在分叉出来的不同链上继续进行运算，算力强的那条链会变得更长，矿工挖矿的时间也会持续更久。另一条分叉链则会逐渐被抛弃。PoS
PoS是指权益证明机制，即挖矿的难度与一个节点在网络中所占股份成正比。它不需要挖矿，也不需要耗费大量的电力和能源。矿工的收益与个人持有加密货币数量和持有时间相关，质押的股权比例越高，持有的时间越久，挖矿成功的概率就越大。PoS的出现是为了降低挖矿的资源消耗以及解决PoW的软分叉问题。但PoS容易造成马太效应和安全问题。由于它是由持币数量来决定出块的效率的，持币越多的人越容易得到结果从而获得更多收益。这会使“强者越强、弱者越弱”，小用户失去了话语权，不会去关心更多的投票治理和生态建设，与去中心化的初衷相悖。并且，在PoS机制下，如果有人想要造假，只需持有大量的加密货币就可以完成，并不需要投入任何复杂的运算。与PoW相比，PoS造假的综合成本更低，安全性得不到保证。DPOS
DPOS是由EOS提出的授权股权证明机制。是基于投票选举的共识算法。在DOS中存在两种角色——公证人和见证者。公证人可以投票选举区块生产者，是“授权”方；见证者是指被选举并被“授权”来进行区块生产、验证交易的节点。这样做的好处是当持币多的节点没有够的专业知识来达到高性能节点所要求的条件，他可以利用自己的优势来投票选举出性能高的节点来进行区块的验证和交易，以此来保证该条链的高效运算和出块，这比POS有更高的效率。但DPOS目前也无法解决POS带来的困境。RocketProtocol的共识机制及其优势
VRF+BLS共识机制
与主流的共识机制不同，RocketProtocol采用的是更高效以及更安全的VRF+BLS共识机制。VRF，即VerifiableRandomFunction，是一种生成随机数的算法。这是在前面提到的PoW、PoS以及DPoS都无法有效解决安全及效率问题的情况下诞生的第三代共识算法。在最新的算法帮助下，验证VRF合法性的速度已经非常快，是一种高效的共识算法。在RocketProtocol中，VRF算法用于选取候选块打包者以及候选块的验证组。BLS签名算法是斯坦福大学计算机系三人提出：DanBoneh，BenLynn以及HovavShacham。BLS的主要思想是待签名的消息散列到一个椭圆曲线上的一个点，并利用双线性映射E函数的交换性质，在不泄露私钥的情况下，验证签名。BLS在RocketProtocol主要用于聚合验证组内每个成员对于候选块的签名，生成验证组签名。VRF+BLS的优势
RocketProtocol在采用VRF+BLS的基础上加入了分布式系统中的高并发写作、预处理等技术。与PoW相比，VRF+BLS与PoW都具有随机性，但PoW的随机性导致了算力的大量消耗，造成矿场和矿机的资源浪费。VRF+BLS机制则相反，它允许毫秒级别生成真随机数，并通过节点间合作的方式，来保证完全去中心化、数据安全性和公平性，以此来解决高频交易的问题。它具有以下几个优势：1）在去中心化方面，VRF+BLS采用的是节点分组共识机制，允许通过增加节点来提升吞吐能力。加入的节点需要被分为两大类——提案节点与验证节点。任何联网设备均可通过质押通证获得成为提案节点和验证节点的资格，去中心化得到保证；同时，RocketProtocol还加入了惩罚机制，以保证节点诚实守信，不作为或作恶的行为会受到惩罚。在惩罚机制中，由社区共同投票决定该不作为或作恶的节点是否被取消提案或验证资格，而非依赖于用户的持币量多少来决定。去中心化程度得到进一步保障；2）在交易和数据公平性方面，RocketProtocol采取由随机抽取的方式产生提案组，不可预测，在提案时多通道并行发送给验证组，限制了提案与验证联手作恶的情况，保证交易和数据的公平性；3）在提高效率方面，出块和验证的效率决定系统的处理性能。在VRF机制下，提案节点的出块速度为1秒/1块；从通讯复杂度、签名长度以及性能来看，验证组采用BLS门限签名性能强于拜占庭容错。因此，这是一种高效的共识算法，可以非常快速地出块及验证VRF合法性；4）在安全性方面,VRF真随机数选组，确保某高度上工作组唯一。周期checkpoint机制确保了状态数据具有“最终性”，消除长程攻击等问题。同时，攻击者需要控制远超51%以上的节点才能对近期数据(checkpoint之后的状态)发起类似比特币的51%算力攻击；5）性能方面，在不做分片等优化的情况下，TPS为5000。总结
VRF+BLS共识通过随机生成提案节点与验证组来保证交易的公平性，避免马太效应的产生，通过验证多签来保证交易的安全性。对于开发者和用户而言，基于VRF+BLS共识机制的基础设施，可以有效解决高频交易的问题，开发者无需担心交易作假的行为。维护稳定的高频交易是进行资产跨链交易的前提，而资产跨链交易离不开跨链技术。我们将在下一篇文章中展开描述RocketProtocol另一大创新技术——异构跨链的中继链技术。
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。