(2021CCS)异步网络中的中本聪共识问题

前期知识

1. 节点

节点指的是区块链网络中的计算机，包含手机，矿机和服务器等等。但现在节点已不再单指个人的设备，任何一个矿场或者矿池，都可以看成一个大的节点，并且后者已远远超过个人设备节点。

​根据覆盖面的不同，节点可分为“全节点”和“轻节点”，全节点就是拥有全网所有的交易数据的节点，轻节点则是只拥有和自己相关的交易数据节点。

全节点

• 一直在线
• 在本地硬盘上维护完整的区块链信息
• 在内存里维护UTXO集合，以便快速检验交易的正确性
• 监听比特币网络上的交易信息，验证每个交易的合法性
• 决定哪些交易会被打包到区块里
• 监听别的矿工挖出来的区块，验证其合法性
• 挖矿决定沿着哪条链挖下去
• 当出现等长的分叉的时候，选择哪一个分叉

轻节点

• 不是一直在线
• 不用保存整个区块链，只要保存每个区块的块头
• 不用保存全部交易，只保存与自己相关的交易
• 无法检验大多数交易的合法性，只能检验与自己相关的那些交易的合法性。
• 无法检测网上发布的区块的正确性
• 可以验证挖矿的难度
• 只能检测哪个是最长链，不知道哪个是最长合法链

节点要完成四项功能，分别是挖矿，钱包，路由和存储区块链。

节点的不同角色

 

 

2.共识的确定性

场景一：一群人决定一起吃饭，其中有几个人是leader，吃什么由他们决定，只要leader们决定"吃火锅"，其他人只能够选择吃/不吃，而没办法决定"吃什么"；

场景二：一群人决定一起吃饭，每个人都可以选择"吃什么"，也可以选择推翻自己之前的决定，只要时间够长，就一定能达成一致；

场景一中leader决定"吃火锅"后，结果就不会修改，但是其他参与者可以选择吃/不吃；而在第二种场景中，"吃什么"则是一个不断变化的因素，只要还有一个人没确定"吃什么"，那么他就有概率推翻之前所有人达成的"吃什么"的共识。

上述例子其实描述了共识机制中"确定性"的不同，场景一象征BFT共识，具备"最终确定性"，"吃火锅"是最终确定的，不存在"吃烧烤"的可能；场景二象征"中本聪共识"，具备"概率确定性"，即便达成"吃火锅"的共识，也存在"吃烧烤"的可能性。

决定确定性的本质特性是共识范围，也就是"谁说了算"。场景一中是leaders，场景二中则是吃饭的所有人。

就目前常见的共识机制而言，"确定性"主要分为两种："概率确定性"以及"最终确定性"。

"概率确定性"如中本聪共识中"最长链机制"，任何一笔交易都要等待六个区块确认；所有保存到本地的区块链必须是被本地节点验证通过的最长链；只有最长区块链上的区块才能获得系统承认并得到挖矿奖励。

"最终确定性"往往是是基于拜占庭容错协议（BFT）衍生的共识机制产生的，如Polkadot、YeeCo中的共识算法。在最终确定性逻辑中，一旦交易被包含在区块中并添加到区块链上，该交易就会被立即视为最终确定，而不像比特币的区块只是处于"很可能"被确定的状态。这意味着一旦在区块中达成协议，区块就会最终确定，其中的交易也不能被逆转。

3. Bitcoin Core 简介

当首字母 B 小写的时候，bitcoin 指的是一种加密货币，也就是比特币。当 B 大写的时候，Bitcoin 代表比特币协议或者比特币网络。

Bitcoin Core 是 Bitcoin 协议的实现，是一个开源软件。

Core 要提供一个节点运行的基础功能。比特币是一个点对点的网络，所以网络上的机器全都是客户端，没有服务器。而 Core 作为客户端上的软件就要承担起维持网络运行的全部职责，其中主要包括：第一，下载并保存完整的比特币区块链。第二，包含一个带图形界面的钱包软件，能够构建并签名交易并广播到整个网络，能够发送和接收比特币。第三，接收网络上的交易，验证交易并打包到区块中，实现挖矿功能。

 疑问

1. 挖矿节点之间的非均匀块传播是什么？（是某个节点广播区块到其他节点的速度不一样吗）

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