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潘超:摩根大通背后的清算体系与区块链网络

潘超:摩根大通背后的清算体系与区块链网络  Quorum 既没有采用PoW也没有采用PoS,因为PoW和PoS都属于Nakamoto Consensus,任何人都可以随时加入和退出节点,这种共识机制通过节点之间某种公平的“投票”选择记账人。由于节点没有身份,可以自由地创造,相互不信任,因此投票资源必须是稀缺的。在PoW机制下,缺资源是物理算力,而在PoS下,这种资源是经济权益。无需准入带来了去中心化的制衡,但节点之间的“竞争”记账不可避免地牺牲了速度与效率。

  而且对于一个联盟链或者私有平台、金融机构来说,是不允许任何人都可以到公链作为一个节点来记账的,所以 Quorum 不会使用 Nakamoto Consensus 全局共识机制。

  为了解决这些问题,Quorum 尝试采用高性能的容错分布式系统 Byzantine Fault Tolerant (BFT),如 PoA 和 IBFT; 和容故障分布式系统 Crash Fault Tolerant (CFT),如 RAFT。

  PoA 的全称是Proof of Authority (权威证明)。PoA 基于一组有身份的节点,轮流进行记账。换句话说,每个节点在用自己的 身份和权威作为担保。

潘超:摩根大通背后的清算体系与区块链网络  每个区块只要一个签名确认就可以,因为只有这几个节点,不需要与其他节点产生时间竞争,和中心化服务器的效率不相上下。可能会产生一个节点权力太大的问题,为了解决这样的单个节点权力过大的问题,每个节点必须间隔记账。比如说这边有四个节点,必须在间隔两个节点之后,才能进行下一次记账,这个方式就是去限制单个节点的权利。Quorum最初使用的是 PoA,后来因为最终性(可以进行分叉)而不再使用PoA。摩根大通每天处理6万亿美金,如果进行了分叉,参考比特币现金的分叉对整个系统的影响,大家就能理解摩根大通为什么不允许分叉的产生了,因为这会导致很多交易无效。

  相对而言,Quorum支持的另外两种共识机制RAFT和IBFT都是抗分叉的。RAFT 其实是一种已经广为使用的传统分布式一致性协议,应用在包括 Kubernetes, Docker Swarm等容器集群管理系统。RAFT 对于容故障、可信节点,需要更快出块时间和最终性的封闭联盟非常有效。 与以太坊相比,RAFT 也有自己的节点。相对于以太坊任何节点都可以出块, RAFT 的节点分为 Leader 、Follower 以及暂时的 Candidate。Leader 是负责生产区块的唯一节点,Follower 监听 Leader 的“心跳”,并收取 Leader 传递过来的区块。接受心跳的目的是为了抗系统故障,如果 Follower 在其周期内没有收到 Leader 发来的心跳,新的节点作为 Leader 继续出块。

潘超:摩根大通背后的清算体系与区块链网络  当新的交易产生后, Leader并不会马上记录到链上,而是等收到所有 Follower的确认回执后,记录并广播一个执行的消息,之后所有收到执行消息的 Follower才会将区块记录在本地的链上,避免分叉,确保最终性。RAFT 机制下的默认出块时间间隔是 50 ms,而且只有在有交易发生时才会出块, 大大节省了储存空间。但 RAFT 机制也有不足之处,要使其得以运转的前提是全部节点是诚实的。 RAFT虽然可以容单点故障,但是不具备容错,无法防止节点作恶和篡改历史数据。

  如何防止节点作恶同时又能保证效率和最终性呢?Quorum 支持了伊斯坦布尔拜占庭容错机制。

潘超:摩根大通背后的清算体系与区块链网络  与 RAFT完全相信 Leader 不同,IBFT 的前提是包容 1/3 不诚实节点,通过验证者多轮投票,达到彼此一致后出块。由于在每个区块高度只有一个节点负责出块,不会有分叉的风险。 账本不可改,试图修改历史纪录需要获取所有备份节点和主节点的私钥。与 PoW 相比,IBFT 没有竞争机制,出块速度更快。不过,IBFT 的劣势也很明显,多个验证阶段的结构下让消息数量与节点数量成指数级增长,因此 IBFT 的节点数不能太多,通常用作企业级和政府的网络。

  摩根币到底使用的是哪一种共识机制呢?虽然摩根大通对 Quorum 网络的信息十分公开, 但是并没有公布关于摩根币的共识机制。

  从上文推断来看,摩根币不会选择PoA机制,因为没法实现最终性,那么只会在IBFT的跟RAFT中进行一个选择。如果所有的节点都是摩根大通信任的伙伴,那么RAFT是不二的选择;如果只是信任部分成员银行,IBFT则是可行的试点。

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