TEN:比较各种共识算法的Finality和Liveness

原作者：灵魂机器由于FLPImposibility原理,Nocompletelyasynchronousconsensusprotocolcantolerateevenasingleunannouncedprocessdeath因此不要浪费时间为纯异步网络设计共识算法。解决办法就是，要么加强对网络的要求，要求网络是Synchronous或者PartiallySynchronous的，或者放松对finality的要求，不要求Deterministicfinality，只要求Probabilisticfinality即可。两者同时进行也可以。表1各种共识算法比较下面详细讲解一下上面表格中的内容。Finality

Finality看起来和Safety,Consistency很相似，又似乎有所不同，非常容易让人困惑。简单的理解，你可以认为Finality,Safety,Consistency是同义词，即Finality=Safety=Consistency。更深入理解，我认为Finality是一个综合体，Finality>Safety>Consistency。Consistency适用于所有分布式系统的，包括可信环境例如Hadoop和不可信环境例如Bitcoin；Safety适用于拜占庭环境下；Finality是在区块链这个场景下的术语，区块链是拜占庭场景下的一个子集。Consistency是CAP理论中的C，更加general,要求没有Finality那么多。Finality包含的含义比Consistency更多更强。Finality包含了下面所有含义：所有节点的数据应是一致的。客户端发出一个读操作到任意一个节点，得到的结果应该是一样的。这个就是CAP里所说的Consistency.这个术语是适用于所有的分布式系统的，包括可信环境例如Hadoop和不可信环境例如Bitcoin。所有节点要确保不进入互相冲突，分裂的状态，即safety。这个术语是适用于Byzantinefaulttolerance这个领域的，在拜占庭这种开放环境里，有恶意节点会广播两个互相冲突的消息，导致全网所有节点陷入分裂状态，达不成一直，这就破坏了Safety这个性质。所有拜占庭下的共识算法，都需要处理好恶意节点的问题，保证全网的safety。交易一旦进入区块，应该不可撤销，即Immutability。在区块链场景下，要保证Safety，不仅需要处理好恶意节点发出双花交易这种问题，而且还要防止恶意节点撤销已经打包进区块的交易。因为区块链是一个单链表，是一个线性结构，恶意节点理论上可以从旧的一个区块出发，分叉处一个更长的新链，把自己已经发出去的交易全部撤销掉，把自己的钱再花一遍综上，Finality=Consistency+Safety+Immutability。Liveness

Galaxy Digital创始人：比特币应该只与黄金或其他价值储存手段相比较:Galaxy Digital创始人兼首席执行官Mike Novogratz认为山寨币无法与比特币匹敌。他在推文中解释道，比特币应该只与黄金或其他价值储存手段相比较。至于DeFi市场，Mike Novogratz认为它是类似于银行股和金融科技的现代数字模拟，而稳定币可以比作支付公司。因此，BTC、DeFi和稳定币都是系统的组成部分，但作用不同，不能混淆。（U.Today）[2021/1/19 16:28:35]

Liveness可以认为与CAP中的Availability等价。当网络出现partition时，比如海底光缆断裂，将全球互联网分割成两个部分，整个区块链系统是否能正常写入新的交易？喜欢Finality的共识算法，这时候会选择无限等待，新的transaction无法写入，直到海底光缆修复，两边的互联网互通；喜欢Availabilty的共识算法，这时候两边网络会独立运作，数据分家了，两边的全节点中的数据变得不一致。比如Tendermint就是这类，牺牲Liveness追求DeterministicFinality。假设海底光缆断裂将网络分为两边，那么每一边都有一半的validator,于是在vote和commit阶段，每一边的所有validator,100%全部投票赞成某个proposalblock，最多只能收到50%的投票，达不到2/3，于是整个区块链网络会无限等待，直到收集到2/3投票为止。在这个等待期间，无法出下一个块，新的交易也无法写入，整个网络陷入瘫痪。比特币在碰到这种网络分割的时候，两部分的比特币系统会继续向前走，依旧可以写入新的transaction,产生新的区块，当海底光缆修复后，两边互联网连通后，再选择合并。在海底光缆没断之前，全球所有全节点的状态是一致的，如下图：当海底光缆断裂后，全球网络被分割为两部分，两个部分都会独立出块，这时候两边已经不一致了，但是两边各自是感知不到的，以为自己依旧是一条线性的区块链，如下图：左边和右边，虽然依旧每10分钟挖出一个新块，但是左边的block07和右边的block07，blockhash是不相等的。这时候比特币网络还是available的，只是Finality破坏了。当海底光缆修复后，这时候，两边互相同步block，会意识到出现了分叉，如下图：现在全球所有全节点的状态，变成上图，有分叉了，由于两边的高度都是8，无法决定哪个分叉是正确的，这时候，就看矿工支持哪边了，哪边的算力高，哪边先出了新块，那么哪边就胜出了，短的那条链会被抛弃，比如假设右边抢先新出了一个块，那么右边胜出，左边分叉被抛弃，所有全节点中的数据又变成一条线性区块链，达成一致了，如下图：其实即使海底光缆不断，网络没有partition,也会经常发生两个miner各自同时挖出一个新块的情况，这时候就比拼谁运气好，下一个新块继承哪一个分叉哪一个就胜出。也就说比特币理论上永远没有一个确定性的一致性状态，分叉随时会在任意高度上出现，因此比特币牺牲了一点Finality,换取更强的Liveness。NetworkAssumption

现场 | FBG创始人周硕基：到2020年9月都是比较好的行情 比特币筹码很分散 比较公平:金色财经现场报道，11月23日，币信五周年比特币硬核粉丝晚宴在北京举行。在本次晚宴上，FBG创始人周硕基表示：明年减半，币价肯定会有大的波动。币圈专业交易团队比A股都多，因为A股有准入机制，但都在Gate一些二线交易所，很少在BitMex上交易。到2020年9月份都是比较好的行情。比特币很公平，筹码很分散，而其他的币筹码很集中。其他buyback/burning机制的还可以。比较看好现金，以及比特币、BNB、HT、Cosmos。[2019/11/23]

所有分布式共识算法都对网络有一个隐含的假设前提。先说一下网络的分类：同步：消息一定会在某个的时间T内被送达，这个上限(upperbound)的值T，是已知的常量，所有节点都是知道的。如果消息在T时间内没有送达，就不对这个消息作指望了，节点认为该消息已经丢失，不会继续等它。所有节点都有条不紊的，每经过一个时间T，就往前进一步，非常整齐。半同步：消息一定会在某个的时间T内被送达，但这个T的值，不是固定的值，而是动态变化的，例如是根据网络状况动态计算出来的。所有节点异步：消息会在任意时间到达，可能很快，也可能很慢，总之没有一个明确的上限(upperbound)甚至无限期延迟，无论多晚到达，节点都要接受并处理这个消息，不能简单的因为超时就丢弃消息比特币对网络的假设就是网络是同步的，时间上限是10分钟左右，一个Miner挖出一个block后，向全网广播，这时候整个比特币系统，期望就是这个block在10分钟内会被所有在线的全节点fullnode收到，意思就是说每隔10分钟，所有全节点都会整整齐齐地往前走一步，即往自己的区块链尾部追加一个block。即使网速很快，例如3分钟不到，这个新block已经被所有全节点收到了，比特币还是会每隔10分钟往前走一步(出一个新块)。以太坊类似，不过时间上限是15秒。Tendermint在propose阶段假设网络是半同步的，因为在这一步会有一个超时时间，如果超过时间还没收到一个proposal新块，那么其他validator就会认为proposer节点已经挂了，于是出一个空块，直到round-robin到下一个proposer。Tendermint在prevote和precommit都需要收集超过2/3的投票，是无限等待的，也就是在这两个阶段是假设网络是异步的。最终，Tendermint对网络的要求是半同步的。pBFT在pre-prepare,prepare,commit三个阶段全部是异步的，既然是异步的，没有超时机制，那怎么往前进展呢？收集到了超过2/3就能继续往前进。不过所有节点在收到一个客户端的请求，都会启动一个定时器，如果在某个时间内该请求还没有执行完毕，就会触发ViewChange。ViewChange这个部分是半同步的。在这里可以体会到Tendermint相比pBFT的简化之处了。Tendermint把超时机制挪动到了propose阶段，如果proposer在规定时间内，广播出了一个proposalblock，那么就前进到下一步，如果超时了，也前进到下一步，不过这个是proposalblock是一个空块。也就是无论如何，propose阶段都会往前进入到下一步。但是Tendermint的pre-prepare是异步的，有可能永远卡主。pBFT把超时机制挪动到了ViewChange这一部分，因此pBFT就多出来一个ViewChange步骤，比Tendermint复杂了一些。Tendermint通过提交空块和round-robin更换proposer节点,而pBFT则是通过ViewChange来更换primary节点。Tendermint消除了复杂的ViewChange这一步骤。除了消除ViewChange这一点，Tendermint还在另一个地方有所简化，Tendermint的所有信息都存储在blockchain里。而pBFT是1999年提出来的，那时候还没有blockchain这个东西，因此pBFT的所有节点虽有有一致的数据，但数据是分散存放的。pBFT的每个节点的数据包括:Thestateofeachreplicaincludesthestateoftheservice,amessagelogcontainingmessagesthereplicahasaccepted,andanintegerdenotingthereplica’scurrentview.Blockchain就是一个分布式数据库，好比在MySQL这类DBMS数据库没出现之前，人们都是把数据写入文件然后存在硬盘上，发明出各种奇怪的文件格式和组织方式。有了MySQL后，管理数据就方便多了。同理，Tendermint把数据全部存入blockchain,pBFT没有blockchain这样一个分布式数据库，所有节点需要自己在硬盘上管理数据，比如为了压缩消息日志，丢弃老的消息，节省硬盘空间，引入了checkpoint的概念。Tendermint和pBFT关系类似于Raft和Paxos的关系，Tendermint是pBFT的简化版，是针对blockchain这个场景下的简化版pBFT下图是Tendermint的算法流程图：下图是pBFT的算法流程图：未完待续。。。参考资料

声音 | 姚前：各国央行数字货币试验是比较秘密的曼哈顿工程 未必符合开源社区的需求:中国证券登记结算有限责任公司总经理、央行数字货币研究所前所长姚前近日在接受采访时将Libra与各国央行数字货币进行了对比，他表示，两者虽然均采用加密货币技术，技术路线有相似之处。但在发行方、技术平台、可追溯性、匿名性、与银行账户耦合程度、是否支持资产发行等方面存在差异。从货币层次看，央行货币是M0层次，银行存款等传统信用货币在M1和M2层次，而Libra则是在更高的货币层次。最新统计数据显示，我国的M0与M2的比值约为4%。与数字M0相比，数字M1、M2……Mn更具想象空间。从创新角度看，各国央行数字货币试验基本上是比较秘密的“曼哈顿”工程，这种方式未必符合现代开源开放社区的发展需求。（新京报）[2019/11/14]

1999.Castro.PracticalByzantineFaultToleranceTendermint:ByzantineFaultToleranceintheAgeofBlockchainsConsensusCompare:Caspervs.TendermintAProofofStakeoverviewComparedwithtraditionalPBFT,whatadvantagedoesTendermintalgorithmhas?Synchronous,partiallysynchronousandasynchronousconsensusalgorithmsGRANDPABlockFinalityinPolkadot:AnIntroduction(Part1)FinalityinBlockchainConsensus

动态 | CoinMarketCap发布加密货币利率 允许用户进行比较和选择:据Theblockcrypto消息，加密货币数据提供商CoinMarketCap推出了一个新页面，在该页面上发布几种加密货币提供的利率，以帮助用户比较和选择合适的产品。它涵盖了来自主要借贷平台（包括BlockFi，Celsius Network和Binance等）的信息，其中包含33种加密货币和稳定币。用户可以找到年化利率，存款条款（例如在实现回报之前的最短期限）以及有关这些平台的其他信息。[2019/10/16]

金色相对论 | 度小满金融李丰：将区块链技术作为数字化资产的载体是目前比较有可行的方向:在本期金色相对论之“Dapp游戏”中，针对金色财经内容合伙人佟扬“区块链游戏该如何打破用户大多为持币者的局限”的提问，度小满金融（原百度金融）区块链负责人李丰表示，把问题限定到区块链游戏这个领域，其实应该从游戏属性上入手：简单来说，分析普通用户、非持币用户的需求，用产品满足他们的需求，同时将产品跟区块链技术实现有机的结合。包括利用区块链技术的分布式账本功能、数字化资产、激励机制等等，都是潜在的结合点。

受区块链技术以及产品使用区块链技术能力的限制，做起来技术上困难重重，当前我们看到，将区块链技术作为数字化资产的载体、利用激励机制，这种轻量级的结合，游戏归游戏的，恺撒的归恺撒，是目前比较有可行的方向，很多行业同仁也是在往这方面做。一开始就上真正Dapp区块链游戏，还要用户体验好，目前不现实（从整体项目架构上，我们目前也是提倡用混合架构mixApp或hyperApp，whatever，目前能够在游戏体验和区块链技术层面实现较好的平衡）。[2018/12/3]

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