走進Cosmos之Tendermint_TEND

導讀

Cosmos是由Tendermint團隊構建的開源社區項目，它的共識算法是基于POS和BFT的共識協議。

Cosmos通過SDK的形式將共識算法和網絡模塊封裝起來，形成一套開箱即用的區塊鏈開發腳手架，本期將為大家帶來Cosmos系列文章中Tendermint共識算法的介紹。

Tendermint核心模塊

首先我們回顧下，Cosmos中的TendermintCore核心模塊主要包含共識算法和網絡模塊，由于網絡模塊采用的是我們熟悉的gossip協議，這里就不再贅述。我們編寫的應用層的模塊通過ABCI與Tendermint核心模塊進行交互，在交互的過程中，由Tendermint完成選舉Proposer，BFT三階段共識以及區塊執行的邏輯。

1）ABCIApplication

其中ABCI接口可以分為三類：信息查詢、交易校驗以及共識相關處理，而TendermintCore作為ABCIClient在啟動時會與ABCIServer建立三個連接，分別用于這三類接口消息的處理。

香港華富建業證券已向股民推出虛擬資產交易:金色財經報道，為券商提供數字化服務的長橋科技向券商推出7x24一站式虛擬資產交易系統解決方案，可根據券商的實際需要，為券商提供應用程式及柜臺兩大服務，并以月費的形式向券商收取費用。而中國通海國際金融（0952）子公司華富建業證券則成為于長橋科技第一家推出虛擬資產交易的券商。

長橋科技也聯同兩家虛擬資產交易所HashKey及OSL為券商提供解決方案，可為用戶提供行情數據、歷史K線圖及成交統計等行情數據，以及交易及清結算服等等。華富建業證券董事總經理甄靜敏亦于今日發布會中，使用長橋科技定制的應用程式，示范完成第一筆虛擬資產交易。

長橋科技(香港)行政總裁胡國文表示，除華富建業證券外，目前有意合作的券商已有20多個，今年預計會與30家券商左右合作。被問到目前香港只有專業投資者能投資虛擬資產、以及目前只接受比特幣、以太坊和萊特幣時，胡國文表示若日后能接受一般投資者及其他幣種投資時，該平臺亦可以容納。[2023/7/22 15:51:30]

在TendermintCore與Application交互的所有消息類型中，有3種主要的消息類型：

·CheckTx消息用于驗證交易。TendermintCore中的mempool通過此消息校驗交易的合法性，通過之后才會將交易廣播給其它節點。

距上海升級還有16小時，信標鏈存款達1815萬ETH:4月12日消息，據Tokenview瀏覽器頁面顯示，距上海升級還有16小時，上海升級計劃于北京時間4月13日6:27 左右在以太坊網絡啟動，高度為194048。當前信標鏈ETH2 合約地址質押存款超1815萬枚ETH，以太坊信標鏈活躍驗證者已超56萬。[2023/4/12 13:58:45]

·DeliverTx消息是應用的主要工作流程，通過此消息真正執行交易，包括驗證交易、更新應用程序的狀態。

·Commit消息通知應用程序計算當前的世界狀態，并存在下一區塊頭中。

?Tendermint共識引擎，包含區塊鏈需要大部分功能實現，主要有：

·?共識算法：BFT+POS算法；

·P2P：采用Gossip算法；

·RPC：區塊鏈對外提供的API接口；

·?其它：交易緩存池、消息隊列等。

2）POS權益證明協議

接下來介紹Tendermint的POS算法，通過該POS算法可以在驗證人集合中選取出下一輪出塊的提議人。

FTX.US保險公司Relm：在FTX倒閉后資本充足，可以滿足行業需求:金色財經報道，擁有FTX.US客戶的保險公司 Relm的首席執行官Joseph Ziolkowski 表示，FTX US的保險公司Relm在FTX Trading倒閉后資本充足，可以滿足行業需求。在我們資產負債表的資產方面，我們大約95%的資產是現金或美國國庫券。

Ziolkowski表示，Relm還為因與FTX和Alameda的關系而受到損害的其他公司提供保險，但未提供更多細節。此外，我們正在積極評估我們的覆蓋范圍可能被觸發的程度，考慮到直接和間接損失的可能性，我們已經分配了一部分一般準備金用于與此市場影響相關的已知和未知索賠。[2022/12/6 21:24:57]

上圖中，假設有A、B、C三個驗證人，分別抵押了1、2、3個代幣

1.第一輪由于C的抵押資產最多，所以C當選第一輪的提議人；

2.第二輪由于C在上一輪當選過提議人，所以他的vote_power變為pre_votingPower-(stake_a+stake_b)?也就是3-(1+2)==0，而B的vote_power等于pre_votingPower+stake也就是2+2==4，同理A的vote_power等于2，那么這一輪中投票權最大的是B，所以B當選提議人；

Cardano創始人：Ripple附屬代幣應作為商品而非證券進行監管:金色財經報道，Cardano創始人Charles Hoskinson就XRP的法律地位發表了自己的看法。Hoskinson認為，Ripple附屬代幣應作為商品而非證券進行監管。為了支持他的論點，Hoskinson寫道，大多數Layer 1協議（包括 XRP）都提供實用性并且在其中具有足夠程度的去中心化，因此它們不是證券。此外，他們還通過了Howie測試，該測試顯示資產是否為證券。[2022/10/11 10:30:23]

3.第三輪A的vote_power為3，B的vote_power為2-(2+0)==0，C的vote_power為?0+3==3，由于A排名在C的前面，所以A當選提議人；

4.同理第四輪A的vote_power為-1，B的為2，C的為6，所以C當選提議人；

Tendermint的Pos機制有如下優點和缺點：

優點：Proposer的選擇方式是與stake相關的，所以應用層可以實現自己的共識,在應用層將計算好Validator的權重傳遞給Tendermint，Tendermint就會按照應用層需要的方式選擇Proposer。

NFT交易聚合器Gem新增NFT實施鑄造監控功能:6月30日消息，NFT交易聚合器Gem宣布新增NFT實施鑄造監控功能。用戶可在Gem頁面實時監控NFT項目的鑄造趨勢，并可一鍵參與鑄造。[2022/6/30 1:41:05]

缺點：Round-Robin策略太簡單了，容易被壞人預測到下一個Proposer是誰，于是可以提前布局對rProposer發起DDoS攻擊或別的攻擊。這里Tendermint的解決方法就是驗證人節點對外不暴露節點的IP地址。

3）BFT拜占庭容錯協議

Tendermint是一個易于理解的BFT共識協議，協議遵循一個簡單的狀態機原理：

協議中有兩個角色：

驗證人：協議中的角色或者節點，不同的驗證者在投票過程中具備不同的權力。

提議人：由驗證人產生。?驗證人對交易的區塊提議并對提議的區塊投票。區塊被提交到鏈上，且每個區塊就是一個區塊高度。但區塊也有可能提交失敗，這種情況下協議將選擇下一個驗證人在相同高度上提議一個新塊，重新開始投票。

從圖中可以看到，在propose開始階段，被選中的proposer會給全網絡廣播一個proposal。如果proposer鎖定在上一輪中的block上，那么proposer在本輪中發起的proposal會是鎖定的block，并且在proposal中加上proof-of-lock字段。

在Prevote開始階段，每個Validator會判斷自己是否鎖定在上一輪的proposal區塊上，如果鎖定在之前的proposal區塊中，那么在本輪中繼續為之前鎖定的proposal區塊簽名并廣播prevote投票。否則為當前輪中接收到的proposal區塊簽名并廣播prevote投票。如果由于某些原因當前Validator并沒有收到任何proposal區塊，那么簽名并廣播一個空的prevote投票。

在Precommit開始階段，每個Validator會判斷，如果收集到了超過2/3prevote投票，那么為這個區塊簽名并廣播precommit投票，并且當前Validator會鎖定在這個區塊上，同時釋放之前鎖定的區塊，一個Validator一次只能鎖定在一個區塊上。

如果一個Validator收集到超過2/3空區塊（nil)的prevote投票，那么釋放之前鎖定的區塊。處于鎖定狀態的Validator會為鎖定的區塊收集prevote投票，并把這些投票打成包放入proof-of-lock中，proof-of-lock會在之后的propose階段用到。如果一個Validator沒有收集到超過2/3的prevote投票，那么它不會鎖定在任何區塊上。

在precommit階段后期，如果Validator收集到超過2/3的precommit投票，那么Validator進入到commit階段。否則進入下一輪的propose階段。

commit階段分為兩個并行的步驟：

·Validator收到了被全網commit的區塊，Validator會為這個區塊廣播一個commit投票。

·Validator需要為被全網絡precommit的區塊，收集到超過2/3commit投票。

一旦兩個條件全部滿足了，節點會將commitTime設置到當前時間上，并且會進入NewHeight階段。在整個共識過程的任何階段，一旦節點收到超過2/3commit投票，那么它會立刻進入到commit階段。

上訴過程簡單來說，為了成功提交一個區塊，必須經過兩階段的投票，稱為pre-vote和pre-commit。當超過2/3的驗證人在同一輪提議中對同一個塊進行了pre-commit投票，那么這個區塊才會被提交。

由于離線或者網絡延遲等原因，可能造成提議人提議區塊失敗。這種情況在Tendermint中也是允許的，因為驗證人會在進入下一輪提議之前等待一定時間，用于接收提議人提議的區塊。

假設少于三分之一的驗證人是拜占庭節點，Tendermint能夠保證驗證人永遠不會在同一高度重復提交區塊而造成沖突。為了做到這一點，Tendermint引入了鎖定機制，一旦驗證人預投票了一個區塊，那么該驗證人就會被鎖定在這個區塊。然后該驗證人必須在預提交的區塊進行預投票。當前一輪預提議和預投票沒成功提交區塊時，該驗證人就會被解鎖，然后進行對新塊的下一輪預提交。

4）BFT?VSPBFT

通過上文我們可以看到，Tendermint共識算法和PBFT時非常相似的，可以說是PBFT的變種，那我們來比較一下：

相同點：

·?同屬BFT體系，抗1/3拜占庭節點攻擊。

·?三階段提交，第一階段廣播交易，后兩階段廣播簽名。

·?兩者都需要達到Quorum法定人數才能提交塊。

不同點：

·Tendermint與PBFT的區別主要是在超過1/3節點為拜占庭節點的情況下，當拜占庭節點數量在驗證者數量的1/3和2/3之間時，PBFT算法無法提供保證，使得攻擊者可以將任意結果返回給客戶端。而Tendermint共識模型認為必須超過2/3數量的precommit確認才能提交塊。

·?拜占庭節點概念不同，PBFT指的是節點數，而Tendermint代表的是節點的投票權力。

·PBFT需要預設一組固定的驗證人，而Tendermint是通過要求超過Quorum法定人數的驗證人員批準會員變更，從而支持驗證人的動態變化。

總結

總體來說，Cosmos中Tendermint核心模塊中POS和BFT共識算法的實現較為簡單，不像Polkadot的混合共識那么復雜，但是也是這個原因，可以成為區塊鏈快速開發的腳手架，幫助越來越多的人了解區塊鏈，熱愛上區塊鏈。

作者簡介

江哲

來自數據網格實驗室BitXHub團隊主要負責區塊鏈賬本互操作技術相關研究工作

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