零点课堂 | 利用雪崩算法主动协调交易本地状态（1）

摘要

本文描述一种在中本聪共识机制网络下的节点之间的传播协议，在该协议中节点之间积极地协调各自的本地状态。它使得节点能够对彼此进行采样，以确定一个相冲突的集中哪个选项是在当前大多数节点的选择，并且将相同的选择推向大多数节点。本协议是基于雪崩共识算法改进而来，提供了协议的异步性、亚稳定性和静态终结性。

本文档不会深入讨论在雪崩算法白皮书中描述的细节和知识点，这些是需要读者自己去阅读原白皮书。同时，本文还要求读者已经理解了中本聪共识机制。

动机

降低比特币在多网络节点之间的熵的好处被广泛讨论，其中包括将执行成本高的工作移出关键路径来提高可扩展性、更快的交易确认/双花保护，和更强的拜占庭对抗中短期期链重组攻击。

中本聪共识是希望任何节点可以无须信任地参与达成共识，它通过使用工作量证明赋于每个状态一个真实世界权重。不幸的是，这对系统提出了一些不理想的要求，如同步性，刻意的人为延迟，和永久性地需要维护共识。比如，一个状态无法100%地确定。
我们意识到，由挖矿节点构成的大型节点，和大量的支付基础设施始终在线但不参与达成共识，我们可以设计一个协议，允许他们快速达成共享的网络状态，尽管这是主观的。矿工可以继续完成他们的工作，并最终将他们的本地状态固化为全局状态，从而使新加入的节点可以无须信任地加入共识。该协议试图使用预共识技术，以达成更快、更具扩展性和更安全的比特币现金。

目标

我们希望在协议上达成如下目标：

· 证明预共识系统在比特币现金上是可行的。
· 挖掘更多需要研究的，或潜在的问题。
· 提供一个可以工作的预共识系统，以允许任何节点都可以加入参与其中，用于实验和收集信息。

此外，协议必须具有以下属性：

· 无须许可：任何人都可以提供或索要采样
· 低延迟：实现秒级达成决策
· 元稳定性：参与者主动参与工作，并将系统状态朝着单一方向坍缩，并且能抵抗状态回撤。
· 平静：一旦做出决定，就不可逆，而且最终状态将不再需要额外的工作。
· 可扩展的成员体系：我们希望任何有兴趣的人都能加入
· 可扩展的资源：我们需要将系统扩展到全球现金系统水平。
· 拜占庭式容错：我们不假设所有参与者都是诚实的，系统能抗恶意行为。

协议概述

基于互斥点（based on points of mutual exclusion）我们认为每个区块和交易都是1个或多个冲突集的成员，比如花费相同的UTXO。我们使用雪崩算法，将每一个冲突集精确地分解为单个项目，并且参与者使用其本地状态参与解决网络冲突集，从而为所有参与节点提供共享的本地状态。

每个客户端在看到的一个未完成的项目时，都会维护一个基于雪球（Snowball-based）投票累加器。一旦看到一个项目，就会创建一个累加器，并开始投票确定最终状态的过程。只要有未解决的冲突集，客户端就会随机选择一个对等节点，询问它对这个项目的投票，并将这些投票输入投票累加器。一旦项目的接受信任度达到阈值，则冲突解决；这个项目被全网接受，并且拒绝所有冲突项目。这个过程会持续工作，直到所有冲突集都被解决为止。

通过将内存池里所有被拒绝的项，替换为被接受的项，网络中的参与者就可以拥有几乎相同的本地状态。结合再有的规范排序规则，这些客户端就可以看到几乎一致的区块。

详细规则

安全参数

我们的算法也采用雪崩算法白皮书描述的安全参数，如下：

发信号支持

客户端应使用以下服务位来表示他们理解协议：

NODE_SNOWGLOBE= (1 << 26)

握手

当节点希望提供其采样状态时，它们应该使用适当的服务位给其他节点发送一个连接消息。接收到该消息的客户端应该验证该消息，并且：

1.如果消息是非法的，则禁止其节点
2.如果消息是合法的，则将其节点加入到合作内存参与者之列。

使用币龄抗女巫攻击

使用一组使用币金额乘于区块年龄的UTXO信息，我们称之为“币块”，才能向其他节点发起查询服务，通过该机制可实现抗女巫攻击。如果索要查询服务的节点发出的消息不包含足够的币块阈值，该消息为非法的，并且该节点会被禁止，不能加入Snowglobe内存池中。

初始的币块值设为1440，但需要进一步研究，是否有更合适的值。

使用身份和下注（stake）发信号及验证

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