以太坊共識(shí)算法是什么？ETH使用的共識(shí)協(xié)議介紹
以太坊共識(shí)算法是什么？
以太坊中設(shè)計(jì)了一套基于POW的Ethash共識(shí)算法。以太坊中共識(shí)設(shè)計(jì)的主要思想是設(shè)計(jì)一大一小的2個(gè)數(shù)據(jù)集，初始大小是：小：16M的cache 大：1G的dataset(DAG)
設(shè)計(jì)一大一小的目的是：大的數(shù)據(jù)集是小的cahce通過(guò)計(jì)算生成的，礦工為了能更快的挖礦只能保存大的dataset，以免重復(fù)計(jì)算耽誤時(shí)間，而輕節(jié)點(diǎn)只需保存保存小的cache即可驗(yàn)證。
大小數(shù)據(jù)集的生成原理
1.小cache：
初始大小為16M，容量大小以后每30000個(gè)區(qū)塊會(huì)更改一次。
通過(guò)Seed種子進(jìn)行一些運(yùn)算得到第一個(gè)數(shù)，之后在小cache中的每個(gè)數(shù)都是前一個(gè)數(shù)取哈希后得到的，一般輕節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)此小cache。
2.大DAG：
大的數(shù)據(jù)集中的元素都是通過(guò)小的cahe計(jì)算得到的，小cache中通過(guò)偽隨機(jī)順序先得到一個(gè)位置的元素A的值，再通過(guò)A計(jì)算哈希得到B位置的值，循環(huán)迭代256次后得到了大數(shù)據(jù)集中的第一個(gè)元素，依次類(lèi)推直到得到全部的DAG元素。
3.挖礦過(guò)程
在以太坊中挖礦成功的條件跟比特幣一樣，找到一個(gè)nonce值，需要滿(mǎn)足H(header) <= target.
嘗試一個(gè)隨機(jī)數(shù)nonce時(shí)，在大的DAG中，通過(guò)header及nonce計(jì)算出一個(gè)初始的哈希值映射到初始位置A，然后讀取A位置元素和A的相鄰后一個(gè)位置A'的元素，再通過(guò)(A和A')計(jì)算出位置(B和B')，依次類(lèi)推，迭代64次后，一共讀取出128個(gè)數(shù)，最后計(jì)算這128個(gè)數(shù)的哈希值與目標(biāo)值target比較，若滿(mǎn)足<=target，則挖礦成功;否則重新嘗試nonce。如下圖所示：
整體的挖礦過(guò)程如下圖所示：
4.驗(yàn)證過(guò)程
驗(yàn)證過(guò)程跟比特幣類(lèi)似，給定一個(gè)nonce值，只需驗(yàn)證一次即可。
驗(yàn)證過(guò)程跟挖礦過(guò)程類(lèi)似，對(duì)于全節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在內(nèi)存中保存了大的DAG，只需循環(huán)計(jì)算64次后得到最后的哈希值與目標(biāo)值比較即可;對(duì)于輕節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，首先通過(guò)小的cache計(jì)算出大的DAG后再計(jì)算，后面過(guò)程跟全節(jié)點(diǎn)一樣了。
ETH使用的共識(shí)協(xié)議介紹
以太坊共識(shí)機(jī)制共有四個(gè)階段，即Frontier(前沿)、Homestead(家園)、Metropolis(大都會(huì))、Serenity(寧?kù)o)。以太坊前三個(gè)階段采用的是POW共識(shí)機(jī)。第四個(gè)階段將采用自己創(chuàng)建的POS機(jī)制，名為Casper投注共識(shí)，這種機(jī)制增加了懲罰機(jī)制，并基于POS的思想在記賬節(jié)點(diǎn)中選取驗(yàn)證人。
POW即工作量證明，是比特幣系統(tǒng)中采用的共識(shí)機(jī)制。(本文主要講解以太坊的共識(shí)機(jī)制)
談起Casper投注共識(shí)，要先說(shuō)POS。POS即權(quán)益證明，主要特點(diǎn)以權(quán)益證明代替工作量證明，由具有最高權(quán)益的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)新塊加入和獲得激勵(lì)收益。POS共識(shí)是為解決POW共識(shí)機(jī)制的資源浪費(fèi)和安全性缺陷而提出的替代方案。它的本質(zhì)是采用權(quán)益證明來(lái)代替POW中的基于哈希算力的工作量證明，是由系統(tǒng)中具有最高權(quán)益而非最高算力的節(jié)點(diǎn)獲得區(qū)塊記賬權(quán)。權(quán)益體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)對(duì)特定數(shù)量貨幣的所有權(quán)，稱(chēng)為幣齡或幣天數(shù)(Coindays)。
幣齡是特定數(shù)量的幣與其最后一次交易的時(shí)間長(zhǎng)度的乘積，每次交易都將會(huì)消耗掉特定數(shù)量的幣齡。例如某人在一筆交易中收到10個(gè)幣后并持有10天，則獲得100幣齡;而后其花掉5個(gè)幣后則消耗掉50幣齡，顯然采用POS共識(shí)機(jī)制的系統(tǒng)在特定時(shí)間點(diǎn)上的幣齡總數(shù)是有限的，長(zhǎng)期持幣者更傾向于擁有更多幣齡，因此幣齡可視為其在POS系統(tǒng)中的權(quán)益。
投注共識(shí)是以太坊下一代的共識(shí)機(jī)制Casper(鬼馬小精靈)引入的一個(gè)全新概念，屬于POS。Casper的共識(shí)是按區(qū)塊達(dá)成的，而不像POS那樣按鏈達(dá)成。
為了防止驗(yàn)證人在不同的世界中提供不同的投注，還有一個(gè)簡(jiǎn)單嚴(yán)格的條款：如果你兩次的投注序號(hào)一樣，或者說(shuō)你提交了一個(gè)無(wú)法讓Casper依照合約處理的投注，你將失去所有保證金。從這一點(diǎn)可以看出，Casper與傳統(tǒng)的POS不同的是，Casper有懲罰機(jī)制，這樣非法節(jié)點(diǎn)通過(guò)惡意攻擊網(wǎng)絡(luò)不僅得不到交易費(fèi)，而且還面臨著保證金被沒(méi)收的風(fēng)險(xiǎn)。
Casper協(xié)議下的驗(yàn)證人需要完成出塊和投注兩個(gè)活動(dòng)。具體如下：
出塊是一個(gè)獨(dú)立于其他所有時(shí)間而發(fā)生的過(guò)程，驗(yàn)證人收集交易，當(dāng)輪到他們的出塊時(shí)間時(shí)，他們就制造一個(gè)區(qū)塊，并簽名，然后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。投注的過(guò)程更為復(fù)雜一些，目前Casper默認(rèn)的驗(yàn)證人策略被設(shè)計(jì)為模仿傳統(tǒng)的拜占庭容錯(cuò)共識(shí)：觀(guān)察其他的驗(yàn)證人如何投注，取33%處的值，向0或1進(jìn)一步移動(dòng)。
而客戶(hù)端確認(rèn)當(dāng)前狀態(tài)的過(guò)程是這樣的：一開(kāi)始先下載所有的區(qū)塊和投注，然后用上面的算法來(lái)形成自己的意見(jiàn)，但是不公布意見(jiàn);它只是簡(jiǎn)單地按順序在每個(gè)高度進(jìn)行觀(guān)察，如果一個(gè)區(qū)塊的概率高于0.5就處理它，否則就跳過(guò)它。在處理所有的區(qū)塊之后，所得到的狀態(tài)就可以顯示為區(qū)塊鏈的當(dāng)前狀態(tài)”。
總之，ethash基本思路和比特幣的pow類(lèi)似，都是不斷隨機(jī)nonce得到的值與難度進(jìn)行比較，滿(mǎn)足條件則挖礦成功，否則繼續(xù)嘗試。與比特幣比拼cpu算力不同的是，ethash通過(guò)生成一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)集，通過(guò)限制內(nèi)存來(lái)防止具備強(qiáng)大算力的ASIC礦機(jī)壟斷，增強(qiáng)了去中心化能力。
以上就是以太坊共識(shí)算法是什么？ETH使用的共識(shí)協(xié)議介紹的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于以太坊共識(shí)算法知識(shí)分享的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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