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以太坊使用的哪种共识协议

发布时间:2023-05-28 10:13:01

A. 以太坊stratum协议原理

参照比特币的 stratum协议 和 NiceHash的stratum协议规范 编写了一版以太坊版本的stratum协议说明.

stratum协议是目前最常用的矿机矿池之间的TCP通讯协议。

以太坊是一个去中心化的网络架构,通过安装Mist客户端的节点来转发新交易和新区块。而矿机、矿池也同时形成了另一个网络,我们称之为矿工网络。

矿工网络分成矿机、矿池、钱包等几个主要部分,有时矿池软件与钱包安装在一起,可合称为矿池。

矿机与矿池软件之间的通讯协议是 stratum ,而矿池软件与钱包之间的通讯是 bitcoinrpc 接口。

stratum是 JSON 为数据格式.

矿机启动,首先以 mining.subscribe 方法向矿池连接,用来订阅工作。

矿池以 mining.notify 返回订阅号、ExtraNonce1和ExtraNonce2_size。

Client:

Server:

其中:

是 订阅号 ;

080c是 extranonce ,Extranonce可能最大3字节;

矿机以 mining.authorize 方法,用某个帐号和密码登录到矿池,密码可空,矿池返回 true 登录成功。该方法必须是在初始化连接之后马上进行,否则矿机得不到矿池任务。

Client:

Server:

难度调整由矿池下发给矿机,以 mining.set_difficulty 方法调整难度, params 中是难度值。
Server:

矿机会在下一个任务时采用新难度,矿池有时会马上下发一个新任务并且把清理任务设为true,以便矿机马上以新难度工作。

该命令由矿池定期发给矿机,当矿机以 mining.subscribe 方法登记后,矿池应该马上以 mining.notify 返回该任务。

Server:

任务ID : bf0488aa ;

seedhash : 。每一个任务都发送一个seedhash来支持尽可能多的矿池,这可能会很快地在货币之间交换。

headerhash : 。

boolean cleanjobs : true 。如果设为true,那么矿工需要清理任务队列,并立即开始从事新提供的任务,因为所有旧的任务分享都将导致陈旧的分享错误。如果是 false 则等当前任务结束才开始新任务。

矿工使用seedhash识别DAG,然后带着headerhash,extranonce和自己的minernonce寻找低于目标的share(这是由提供的难度而产生的)。

矿机找到合法share时,就以” mining.submit “方法向矿池提交任务。矿池返回true即提交成功,如果失败则error中有具体原因。

Client:

任务ID : bf0488aa

minernonce : 6a909d9bbc0f 。注意minernonce是6个字节,因为提供的extranonce是2个字节。如果矿池提供3字节的extranonce,那么minernonce必须是5字节

Server:

一般的矿机与矿池通讯过程就如下所示:

B. Quorum介绍(二):Quorum共识

我们知道,公共区块链是一个开放的社区,任何人都能够成为一个节点加入网络,在网络中计算,提交交易到链上等,因此公链是没有信任基础的,所以公链的共识第一要义就是证明交易的合法性和真实性,防止恶意成员的捣乱,效率不是第一要义。

与公链的环境不同,有准入门槛的企业链或者联盟链链上的所有成员在加入时实际上是已经获得了某些认可和许可的,因此企业链/联盟链上的成员是有一定信任基础的。在企业级链上我们没有必要使用POW或者POS这种浪费算力或者低效的交易共识。

Quorum提供了多种共识供用户采用:

在讲Raft前,有必要提一下Paxos算法,Paxos算法是Leslie Lamport于1990年提出的基于消息传递的一致性算法。然而,由于算法难以理解,刚开始并没有得到很多人的重视。其后,作者在八年后,也就是1998年在ACM上正式发表,然而由于算法难以理解还是没有得到重视。而作者之后用更容易接受的方法重新发表了一篇论文《Paxos Made Simple》。

可见,Paxos算法是有多难理解,即便现在放到很多高校,依然很多学生、教授都反馈Paxos算法难以理解。同时,Paxos算法在实际应用实现的时候也是比较困难的。这也是为什么会有后来Raft算法的提出。

Raft是实现分布式共识的一种算法,主要用来管理日志复制的一致性。它和Paxos的功能是一样,但是相比于Paxos,Raft算法更容易理解、也更容易应用到实际的系统当中。而Raft算法也是联盟链采用比较多的共识算法。

Raft一共有三种角色状态:

每个节点上都有一个倒计时器 (Election Timeout),时间随机在 150ms 到 300ms 之间。有几种情况会重设 Timeout:

在分布式系统中,“时间同步”是一个很大的难题,因为每个机器可能由于所处的地理位置、机器环境等因素会不同程度造成时钟不一致,但是为了识别“过期信息”,时间信息必不可少。

Raft算法中就采用任期(Term)的概念,将时间切分为一个个的Term(同时每个节点自身也会本地维护currentTerm),可以认为是逻辑上的时间,如下图。

每一任期的开始都是一次领导人选举,一个或多个候选人(Candidate)会尝试成为领导(Leader)。如果一个人赢得选举,就会在该任期(Term)内剩余的时间担任领导人。在某些情况下,选票可能会被评分,有可能没有选出领导人(如t3),那么,将会开始另一任期,并且立刻开始下一次选举。Raft 算法保证在给定的一个任期最少要有一个领导人。

特殊情况的处理

在以太坊中节点本身并没有角色,因此在使用Raft共识时,我们称leader节点为挖矿节点:

Raft共识机制本身保证了同一时间点最多只有一个leader,因此用在以太坊模型下也只会有一个出块者,避免了同时出块或者算力浪费的情况。

在单笔交易(transaction)层级Quorum依然沿用了Ethereum的p2p传输机制,只有在块(block)层级才会使用Raft的传输机制。

其中需要注意到一点,在以太坊中一个节点收到块以后就会立刻记账,而在Quorum模型中,一个块的记录必须遵从Raft协议,每个节点从leader处收到块以后必须报告给leader确认收到以后,再由leader通知各个节点进行数据提交(记录)

在Quorum模型中新块的信息是很有可能和已有块的header信息不符的,最容易发生这种情况的就是选举人更替(挖矿节点更替),具体描述如下:

假设有两个节点,node1和node2,node1是现有的leader,现有链的最新区块是0xbeda,它的父区块是0xacaa

对块“Extends”或者“No-op”的标记是在更上层完成的,并不由raft本身log记录机制实现。因为在raft内部,信息并不分为有效或无效,只有在区块链层面才会有有效区块和无效区块的含义。

需要注意的是,Quorum的这种记账机制和本身Ethereum的LVC(最长链机制)是完全不一样的

Quorum的出块频率默认是50ms一个块,可以通过 --raftblocktime 参数进行设置

投机性出块并不是以太坊Raft共识严格必须的核心机制之一,但是是提高出块效率的有效方式。

一个块从产生到实际被记录账本,走完整个raft流程实际上是需要耗费一定时间的。如果我们在上一个块被计入账本之后才开始产生下一个块,那么一笔交易想要成功被记录需要耗费较多的时间。

而在投机性(speculative minting)出块中,我们允许一个新块在它的父块被记录之前就产生。依次类推,在一段时间内,实际上会产生“投机链(speculative chain)”,在祖先块没有被记录进账本之前,一个一个新块已经依据先后关系组成了一条临时链片段,等待被记录。

对于已经被记录进投机块的交易,我们会在交易池中标记为“proposed transaction”

在之前我们说过,raft机制中是存在两个挖矿节点比赛出块和记账的可能的,因此,一条 speculative chain 中间的某一个块很有可能不会被记录到账本中。在这种情况下我们也会把交易池中的交易状态修改回来。( InvalidRaftOrdering event)

目前,Quorum并没有对speculative chain的长度做限制,但在它的未来规划中有讲这一点作为一个性能优化项加入开发进程,最后能够让一个挖矿节点即使在raft共识层没有连接上,它也可以离线一直出块,产生自己的speculative chain。

一条speculative chain有以下几个部分构成:

在块传输上我们使用etcd Raft默认的http传输,当然使用Ethereum的p2p传输也是可以的,但是Quorum团队在测试阶段发现,高负载的状态下,ETH p2p的性能没有raft p2p性能好。

Quorum使用50400端口作为Raft 传输层的默认监听端口,也可以通过 --raftport 参数自行设置。

一个集群默认的最大节点个数是25,可以通过 --maxpeers N 来设置,N是你的最大节点个数。

Quorum的IBFT其实就是PBFT,只不过摩根大通把它自己实现的PBFT叫做IBFT,所以IBFT的基本原理与PBFT是一样的,所不同的是,IBFT中把出块和共识的三阶段结合在了一起。

Istanbul BFT修改自PBFT算法,包括三个阶段: PRE-PREPARE 、 PREPARE 以及 COMMIT 。在 N 个节点的网络中,这个算法可以最多容忍 F 个出错节点,其中 N=3F+1 。

Istanbul BFT算法中的区块是确定的,意味着链没有分叉并且合法的区块一定是在链中。为了防止一个恶意节点生成不同的链,在把区块插入进链 之前 ,每一个validator必须把 2F + 1 个 COMMIT 签名放进区块头的 extraData 字段。因此,区块是可以自我验证的(因为有签名)并且轻客户端也支持。

然而动态的 extraData 也会造成区块的hash计算问题。因为一个区块可以被不同的validator验证,所以会有不同的签名,所以同一个区块会有不同的hash。解决的方案是,计算区块hash的时候把 COMMIT 签名排除在外。因此我们任然可以在保证block hash一致性的同时进行共识验证。

由于Ethereum POA共识在网上已经有大量介绍,笔者这里就不多做详细介绍,只对重要特点和POA的工作流程做大致梳理和介绍

C. 区块链的共识机制

所谓“共识机制”,是通过特殊节点的投票,在很短的时间内完成对交易的验证和确认;对一笔交易,如果利益不相干的若干个节点能够达成共识,我们就可以认为全网对此也能够达成共识。北京木奇移动技术有限公司,专业的区块链外包开发公司,欢迎洽谈合作。下面我们将一下区块链的几种共识机制,希望对大家了解区块链基础技术有帮助。

因为区块链技术的发展, 大家对共识机制这个词也不再陌生,随着技术发展,各种创新的共识机制也在发展。

POW工作量证明

比特币就是使用PoW工作量证明机制,到后来的以太坊都是PoW的共识机制。Pow相当于算出很难的数学难题,就是计算出新区块的hash值,而且计算的难度会每一段时间就会调整。PoW虽然是大家比较认可的共识机制,计算会消耗大量的能源,还有可能会污染环境。

POS权益证明

通过持有Token的数量和时长来决定获得记账权的机率。相比POW,POS避免了挖矿造成大量的资源浪费,缩短了各个节点之间达成共识的时间,网络环境好的话可实现毫秒级,对节点性能要求低。

但POS的缺点同样明显,持有Token多的节点更有机会获得记账权,这将导致“马太效应”,富者越富,破坏了区块链的去中心化。

DPOS权益证明

DPOS委托权益证明与POS原理相同,其主要区别在于,DPOS的Token持有者可以投票选举代理人作为超级节点,负责在网络上生产区块并维护共识规则。如果这些节点未能履行职责,将投票选出新的节点。同样的弊端也是倾向于中心化。

POA权威证明

POA节点之间无需进行通信即可达成共识,因此效率极高。并且它也能很好地对抗算力攻击,安全性较高。但是POA需要一个集中的权威节点来验证身份,这就意味着它会损害区块链的去中心化,这也是在去中心化和提高效率之间的妥协。

D. 以太坊存在的问题

1.扩展性不足:

以太坊社区的主要开发人员和研究人员始终认为区块链技术要实现大规模采用,可扩展性是区块链应用程序需要解决的唯一最重要的关键。

以太坊的底层设计,最大的问题是以太坊只有一条链,没有侧链,它把所有的程序对等的跑在全球所有节点的矿机上。这样一个很耗资源的程序,会导致问题越来越严重。

2.合约程序漏洞,无法抵御DDOS攻击

据相关研究表明,在基于以太坊的近100万个智能合约上,发现有34,200(约3%)个含有安全漏洞,将允许黑客窃取ETH、冻结资产或删除合约。这几年,以太坊面对合约程序漏洞和DDOS攻击的问题,也一直无法找到很好的解决办法。(更好用的数字货币交易平台“币汇”)

3.对于ICO泡沫和项目方砸盘

目前的ETH下跌,很大程度上来自于项目方的砸盘套现,这个问题可以在ICO代币融资上进行规则限制,不能像现在这样毫无成本的就能发一个币,而且还没有任何监督惩罚机制。任何事情都需要有一套合理的演进规则,大家按规则办事,所谓无规矩不成方圆。在规则的基础上,各类ICO项目有效监督,有序进出,才是一个正常的市场,这样才可能维系着代币生态的持续、稳定发展。

4.智能合约费用过高

在以太坊上现在还是POW的挖矿模式,交易是有手续费的,用来激励矿工来处理交易和保护网络,不同的是以太坊是以“gas”的形式来收费的。

在以太坊协议中规定,交易手续费=Gas 数量 x Gas 价格,其中 Gas 数量由智能合约的复杂程度决定,而 Gas 价格则由合约发起人决定。这对开发者和用户意味着什么呢?虽然读取本地区块链是免费的,但写入和运算是花钱的,储存更是尤其昂贵,因为任何写入的信息都会被永久的储存着。

5.社区对共识协议改变的分歧

以太坊计划实现将 POW 机制改为 POW/POS 混合共识机制。但这个涉及到技术开发和矿工双方能否达到利益共识的问题了。如果协议发生了变化,社区意见不合时,就会导致分叉,大家各自玩各自的。

E. BED和比特币、以太坊到底有什么区别小白必看

1)、从共识机制来看:BED,BTC,ETH都是采用的POW共识机制;
2)、从算法上来看:BED跟BTC一样采用的SHA256核心算法,具有相同价值属性,但BED经过了新的技术开发,建立了新的经济模型;ETH采用的是Ethash算法;
3)、从挖矿成本角度来看:BTC挖矿难度不断增加,成了挖矿设备竞技场,目前最新110T的蚂蚁S19 Pro矿机已采用了最新制程的7nm芯片,机器价格近2万元人民币。一些低算力的机器比如曾经的机王蚂蚁S9只能被淘汰,造成了巨大资源的浪费; ETH则是利用显卡GPU挖矿,成本也是相当高; 而BED直接用现有的比特币矿机或者是已经淘汰的低算力比特币矿机都可以挖,矿机成本非常低,减少资源浪费;
4)、从总量和升级空间来看:BTC总量2100万,当前价格约¥76000元;ETH总量会达到1.13亿,当前价格约¥2500元;BED总量跟BTC一样都是2100万,升级空间巨大。

F. 一文了解以太坊挖矿算法及算力规模2020-09-09

以太坊网络中,想要获得以太坊,也要通过挖矿来实现。当前以太坊也是采用POW共识机制,但是与比特币的POW挖矿有点不一样,以太坊挖矿难度是可以调节的。以太坊系统有一个特殊的公式用来计算之后的每个块的难度。如果某个区块比前一个区块验证的更快,以太坊协议就会增加区块的难度。通过调整区块难度,就可以调整验证区块所需的时间。

以太坊采用的是Ethash 加密算法,在挖矿的过程中,需要读取内存并存储 DAG 文件。由于每一次读取内寸的带宽都是有限的,而现有的计算机技术又很难在这个问题上有质的突破,所以无论如何提高计算机的运算效率,内存读取效率仍然不会有很大的改观。因此,从某种意义上来说,以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”。

加密算法的不同,导致了比特币和以太坊的挖矿设备、算力规模差异很大。

目前,比特币挖矿设备主要是专业化程度非常高的ASIC 矿机,单台矿机的算力最高达到了 112T/s(神马M30S++矿机),全网算力的规模达到139.92EH/s。

以太坊的挖矿设备主要是显卡矿机和定制GPU矿机,专业化的ASIC矿机非常少,一方面是因为以太坊挖矿算法的“抗 ASIC 性”提高了研发ASIC矿机的门槛,另一方面是因为以太坊升级到2.0之后共识机制会转型为PoS,矿机无法继续挖。

和ASIC矿机相比,显卡矿机在算力上相差了2个量级。目前,主流的显卡矿机(8卡)算力约为420MH/s,比较领先的定制GPU矿机算力约在500M~750M,以太坊全网算力约为235.39TH/s。

从过去两年的时间维度上看,以太坊的全网算力增长相对缓慢。

以太坊协议规定,难度的动态调整方式是使全网创建新区块的时间间隔为15秒,网络用15秒时间创建区块链,这样一来,因为时间太快,系统的同步性就大大提升,恶意参与者很难在如此短的时间发动51%(也就是半数以上)的算力去修改历史数据。

G. POW、POS、DPOS、POR指的都是什么

都是区块链的底层共识算法,POW费电。EOS用的DPOS,21个超级节点,但是老贿选,所以现在DPOS基本上被扣上了中心化区块链的帽子,我也觉得这样违背区块链精神。POR共识协议是最新由贝克链提出的一种共识机制,由公钥之父、图灵奖得主Whitfield Diffie的Cryptic Labs孵化,这个实验室是世界上最牛的网络安全实验室,而贝克链因为

H. 区块链共识算法——(二)PoS共识(Proof of Stake)

2011 年 7 月, 一 位 名 为 Quantum Mechanic 的 数 字 货 币 爱 好 者 在 比 特 币 论 坛 首次提出了权益证明 PoS 共识算法. 随后, Sunny King 在 2012 年 8 月发布的点点币 (Peercoin, PPC) 中首次实现. PoS 由 系统中具有最高权益而非最高算力的节点获得记账 权, 其中权益体现为节点对特定数量货币的所有权, 称为币龄或币天数 (Coin days)

PoS是考虑到PoW的最大缺陷:浪费资源而提出的,简单来说就是 谁的权益大,谁说了算

PoS共识机制(Proof of Stake 权益证明)通过权益记账的方式,解决效率低下、资源浪费、节点一致性等问题。

各个节点需要满足一定的条件(如抵押一定的代币)才能成为验证节点(权益提高),系统通过算法在其中选择一部分作为出块节点(矿工),每隔一段时间重新选择,算法会保证完全随机,不可被操控。只有出块节点才能进行数据处理,争夺记账权。

权益主要由权益因子决定,可以是持币数量,也可以是币龄及两者的结合。

以太坊在之后很有可能会改用PoS进行共识,其更加符合以太坊高效率的特点。

I. 以太坊合约地址错误是怎么回事

可能是你的一台放屁的服务器出现了问题,或者是嗯这个服务器暂时有问题,IP地址有问题,都可能出现这样的情况。

J. 提币USDT用OMIN协议,ERC20协议,TRC20协议哪一个

很多用户转USDT的时,不清楚用哪个协议,这里不深究协议背后,

USDT -Omni是使用基于 BT C网络发行的 USDT,充币地址是 BT C地址,充提币走 BT C网络。Usdt-Omni 使用的协议是建立在 BTC 区块链网络上的 Omni layer 协议。

USDT-E RC 20是基于 ET H网络发行的 USDT,充币地址是 ET H地址,充提币走 ET H网络。USDT-E RC 20使用的是E RC 20协议。

以火币为例:

提USDT的页面可以选择OMIN协议,ERC20协议,TRC20协议的任何一个。

假如你选择用OMIN,那么提币地址也要用基于OMIN协议的USDT地址。

假如提币的时候选择OMIN,提币地址写的基于ERC20协议的的以太坊地址,会 出现错误,币会不到账的(由于本人未出现过这种情况,所以不知道是提币不成功,还是丢币,不清楚)。

同理,如果提币选择ERC20的话,那么收币地址也应该是基于ERC20协议的的以太坊地址。

那么如何知道地址OMIN和ERC20地址呢。

以提币到币安为例子

默认是的提币地址是OMIN协议的USDT地址,但是有提示:“注意:如需充值USDT-ERC20,请充值到您的币安ETH充值地址“

每个平台的操作不一样,原理是一样:就是提币的时候如果选择ERC20协议,那么在提币地址要写基于ERC20协议的的以太坊地址。

ERC20协议的提币手续费和提币速度更快,推荐用ERC20。

但是有些平台提币是不允许选择协议的,比如币安提币默认是OMIN协议,不允许选择其他的协议。那么提币地址出只能填写OMIN协议的USDT地址。

有问题,来有舍,我们一起解决:

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