如何在Aergo区块链中实现DPoS

每个区块链协议都使用一个共识算法来维护一个区块链。区块链场景中最著名的是来自比特币的中本共识（Nakamoto consensus），它基于工作量证明（Proof of Work， PoW）。它只以概率的方式获得最终结果，从而实现了很大程度的分散，其中多个分支可以相互竞争，并随着时间的推移逐渐演变为一个分支。另一个极端是源于传统拜占庭协议（BA）。它们通过限制分散化的程度来保证即时的块结果。

Aergo的DPoS共识主要是介于上述两者之间的中间地带。它将生成区块的特殊权利委托给一组经过选举产生的区块生产者（BPs），同时允许在有限范围内进行重组。根据PoS共识和只保留有限数量的BPs，它解决了性能问题以及基于功率共识中发现的过度能耗问题。

本文详细介绍了在Aergo区块链中实现的DPoS。在本文的剩馀部分中，除非另有说明，否则“DPoS”指在Aergo区块链中实现的DPoS。

Aergo上的DPoS

块生产

在DPoS中，只有有限数量？节点，称为有源组件生产商（BPs），允许生成模块。它们是通过利益相关者之间的投票过程选出的。时间被均匀地划分为槽，对于每个槽，最多生成一个块。活动BPs通过投票得分在这些插槽上进行调度，并轮流生成区块。

为了简单起见，让我们考虑一个BPs活动的例子，它们分别是按投票得分递减顺序排列的A、B、C和D。块间隔是1秒。如果一切正常，区块链将继续执行，如图1所示。

图1：正常生产情况下的块生产;

每个盒子里的字母是块的制造者。这里，每个BP每4秒生成一个块。但是，当前一个块没有及时接收到时，下一个BPs应该生成它。例如，假设A生成块“1”，然后B在生成块“2”之前崩溃。在这种情况下，C应该来生成块“2”，而不是B来生成块2。

图2：当B崩溃时阻塞生产

由于B没有与槽“1”、“5” 碰撞对应的块，使得块在时间上分布不均匀;块“1”和块“2”之间的时间间隔大约是正常块（1s）的两倍（2s）。

分叉

另一方面，DPoS允许像比特币一样进行分叉和重组。假设B由于网络故障而与其他BPs断开连接。即使在这种情况下，B和其他（A、C、D）也不会停止块生产。它们各自管理自己的区块链，如图3所示。

图3：分叉由网络分割引导;B和（A， C， D）相互断开

注意主链上的槽“1”和“5”是空的，因为（A， C， D）网络分裂没有接收到B产生的块。

B管理的下链是侧链，因为它比另一条短;当主链的高度达到7时，侧链的高度仍然只有3。因此，根据最长链规则，一旦网络问题解决，主链的块被发送到B， B就知道它的链比另一个短。最后，它将遵循主链（重组）。

终结： 最后一个不可逆块

如果一个块连接到一个区块链，它可以被看作是铸造块本身。在此基础上，提出了最后不可逆块（LIB）的概念。一旦一个块变成了一个库，任何超出它的重组都是被禁止的。因此，保证了库和之前的块的终结性。在正常情况下，除了初始引导期外，库会不断更新到更高的数字。

从技术上讲，库的确定分为两个阶段：

1. 当大多数（⅔+）BPs附加了区块链，其中第一个可以自由的被提出。

2. 当从另一个大多数BPs中添加块时，所提议的库最终成为一个终结库。

最初，一个集团的投票范围没有限制。换句话说，连接到链的块被认为是为块本身和所有父块投票。然而，后来改变是避免冲突的LIBs³。在修改后的版本中，BP X生成的块只确定了BP X最后生成的块之后的范围。

图4：最后一个不可逆块

如图4所示，确定在一个4 BPs的案例中。这是一个4 BPs的DPoS网络案例;它的多数票是3票。在这种情况下，在决定自由民主党的每个阶段，分别需要3个基点的赞成票才能达成共识。因此，如图3所示，当块“3”连接到链（第1阶段）时， 块“1”就成为一个被提议的LIB。然后，当添加块“5”时（第二阶段），块“1”最终被提升到一个LIB。在正常情况下，一旦一个块被最终确定为一个库，每当连接一个新块时，库的高度就会继续增加1;一个新的块伴随一个新的库。

押注、投票及选举

活跃的BPs由Aergo用户选出。尽管用户限制为每天1票，但参与投票的人可以自由地投给多个候选人（最多30人）。此选举方案如图5所示。在这里，在“700”处的BPs是根据在“600”（而不是“700”）处收集的排名来选择的。它的目的是降低重组所导致的不必要政权更迭的可能性，因为过去的区块比最近的区块更不可能进行重组。

图5。BPs的选举计划

到目前为止，通过一个由4BPs组成的简单系统示例，我们已经解释了DPoS的工作原理。它的主要成分是：

· 由有限数目的选出的BPs

· 只有在有限的块范围内才能进行重组。

前者保证了区块生产的快速性和稳定性，而后者则保证了只要大多数BPs处于正常运行状态，区块具有绝对终结性。通过它们，DPoS可以在交易结束程度适中的情况下实现高性能。这种性能和最终结果之间的平衡是我们选择DPoS作为Aergo 主网共识的最重要因素之一。