深度解析VNT Chain共識算法Vortex | 超級節點系列專題（一）_區塊鏈:BFT

好的共識機制是一個區塊鏈項目的靈魂，它決定著項目生態能否最終走向繁榮。前不久，我們正式開啟了VNT超級節點競選及投票活動，這讓不少社區愛好者對VNTChain采用的共識機制產生了興趣，這里V特兒就和大家詳細講解一下我們的Vortex共識算法以及它對超級節點競選的意義。

在區塊鏈世界，共識一般都是通過特定的數學算法實現，常見的共識機制有PoW(工作量證明)，PoS(股權證明)，DPoS(委托權益證明)，BFT等。但每種單一的算法都有自己的優點和缺點，例如PoW模式具備高安全性與穩定性，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、激勵機制等設計。

工信部等八部門：到2023年底物聯網與區塊鏈等技術深度融合應用取得產業化突破:金色財經報道，工業和信息化部、中央網絡安全和信息化委員會辦公室、科學技術部、生態環境部、住房和城鄉建設部、農業農村部、國家衛生健康委員會、國家能源局等八部門聯合印發《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021-2023年）》，根據行動目標顯示，到2023年底，物聯網與區塊鏈等技術深度融合應用取得產業化突破；根據重點任務顯示，面向“區塊鏈+物聯網”，建立感知終端的信用體系，保障數據確權和價值流通。[2021/9/30 17:16:33]

如何保證網絡安全高效

Vortex通過融入DPoS，能夠加速打包交易、生成區塊和驗證區塊，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絡治理，投票選出若干委托節點，區塊鏈完全由這些委托節點按照一定算法生成和維護。通過融入BFT，Vortex能夠實現快速終局，任何交易經過一段時間之后，總能被區塊鏈最終確認，并且無法進行回滾。同時我們對傳統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廣播，能夠降低網絡帶寬需求。此外Vortex還能夠應對各種攻擊，包括Nothingatstack、Longrangeattack、Doublespendingattack、Briberyattack等，有效防止分叉和數據篡改。

《交通強國建設寧夏試點任務實施方案》：推動區塊鏈與交通運輸深度融合:金色財經報道，交通運輸部近日批復《交通強國建設寧夏試點任務實施方案》，《方案》指出將推動區塊鏈等新技術與交通運輸深度融合，實現數據信息資源跨部門、跨區域間共享與協同應用。[2021/9/8 23:09:55]

如何在低能源成本下提高性能

在當前嚴格的效率要求下，數據中心面臨著越來越大的數據量和工作量復雜性的需求。為了滿足高性能、可擴展性和可伸縮性的目標，服務通常運行在數百到數千臺機器上。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，導致較少的用戶必須建立更復雜的應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議所需的多輪溝通，傳統的網絡棧沒有對時間延遲或者特定的通信模式進行優化，使共識協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節做硬件加速，以實現在低能源成本下提高系統的性能。

聲音 | 王小云：密碼技術將深度融合5G、區塊鏈等技術，為物聯網安全保駕護航:2019物聯網密碼應用專題峰會在無錫召開。密碼學家、中國科學院院士王小云在會上表示，物聯網絡設施，是經濟社會運行的神經中樞，也是可能遭到重點攻擊的目標，而密碼是保障物聯網網絡安全的核心技術和基礎支撐。密碼學是集數學、信息科學、計算機科學和物理學等于一體的深度交叉與融合的學科。密碼技術將深度融合5G、區塊鏈、人工智能、衛星通信等技術，為物聯網安全保駕護航。（經濟參考報）[2019/9/12]

如何尋求各方平衡點

除了考慮性能及效率之外，對于智能網絡，要想把共識作為網絡的一種屬性，而不是只讓它在應用層上實現，還需要在實現的復雜度和中間件可達到的吞吐量中找到平衡點。而在網絡中加入區塊鏈共識協議提高系統效率是很好的選擇，如PBFT/SBFT/RBFT等共識協議。我們通過FPGA實現共識驗證的系統運行框架，FPGA具有低功耗的特點，不受傳統的CPU在數據處理方面的線速限制，在上面運行共識協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絡處理節點，將共識協議更多的價值推廣到網絡。

動態 | 菜鳥專注于區塊鏈等關鍵技術的深度研究及應用:證券時報今日發文稱，智慧物流布局提速，菜鳥獨家牽頭物流機器人研發，多家公司漲停。文中援引業內人士分析稱，本質上菜鳥是一家科技公司，目前菜鳥有涉及自動駕駛車輛、智能倉儲、各類物流要素調度AI引擎等產品的研發，并專注于物聯網、人工智能和區塊鏈等關鍵技術的深度研究以及應用。[2019/4/4]

通過這種在網絡級采用硬件實現共識驗證的方法，可以不增加數據中心的容量，在FPGA上實現PBFT/SBFT/RBFT等區塊鏈共識協議，降低了時間延遲。具體運作步驟如下：

1）首先構建在網絡級采用FPGA實現共識驗證的系統運行框架；

2）FPGA節點之間通過執行TCP/IP協議進行點對點連接；3）FPGA節點采用ARP、ICMP、DHCP輔助TCP/IP協議與其他FPGA節點交互，縮短TCP/IP堆棧，使FPGA處于真真實網絡中；

4）FPGA節點將數據消息轉化為滿足共識協議需要的報文格式；

5）由FPGA節點采用PBFT、SBFT或RBFT的區塊鏈共識協議對數據消息進行傳遞廣播，其他FPGA節點收到后發生發聵并進行投票。

如何保障節點公平競選

那么在VNT超級節點競選投票中，我們如何保障投票公平與生態平衡。如上述步驟，在加入網絡的FPGA節點生成注冊證書的前提下，即FPGA節點作為合法節點進入網絡。假設將三個FPGA節點編號0、1、2，首先根據區塊高度對3個節點取模，得到的余數即對應FPGA的編號，這樣選出領導節點。領導節點將規范了報文格式之后需要廣播的數據消息使用哈希函數SHA-256生成摘要，然后生成一個隨機數nonce，并用硬件加密模塊進行ECDSA計算，生成對摘要的簽名，向其他節點提交證明。其他節點收到數據信息后，通過隨機數nonce驗證簽名是否是數據發出者的，確定數據合法性，然后進行收到消息的反饋通知并對數據進行投票工作。

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，確保快速實現交易的終局性，防止交易回滾；同時在網絡中可保證持續的安全運行，在部分委托節點作惡的情況下也能繼續工作，并通過投票來替換惡意的委托節點，直到恢復到100%可靠的委托節點。此外Vortex的設計還融入激勵機制，對區塊鏈網絡中的交易打包節點、交易傳輸節點、監督節點進行獎勵，形成高效的傳輸通路和快速處理交易，對揭露節點惡意行為進行獎勵。

VNTChain采用Vortex共識算法，最終目的是希望給社區成員提供更好的體驗，與廣大社區愛好者共同構建生態未來。現在VNT超級節點競選及投票活動正在火熱進行，歡迎每一位社區成員參與到VNT社區的治理中，推動網絡和整個生態的穩定運行，共同打造更加良性、豐富、多元化的VNT社區生態，共享VNT生態繁榮。

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