IPSE 2.0：共識算法GRANDPA原理簡析

摘要：在上一篇文章《IPSE跨鏈：BABE共識算法工做原理簡析》中已經介紹了Babe算法，本文將闡述與之協同工做的GRANDPA算法的工做原理。

IPSE「星際搜索」是一個面向IPFS網絡的搜索引擎，幫助用戶快速搜索分佈式網絡上的文件，並快速訪問。在IPSE的挖礦模型中，用戶完成分發、存儲等任務，爲哈希內容添加語義標籤，數據安全存儲到IPFS網絡，得到挖礦獎勵。其token發行和轉帳依賴於EOS網絡。因爲區塊鏈網絡之間的互操做已經不可避免，數字資產的轉換須要一個跨鏈通道，IPSE開啓了2.0計劃。

 

在現有基礎上，IPSE將打造應用鏈，通過跨鏈系統，實現與其它區塊鏈網絡的互通，以後會完成資產映射，使效率提高。IPSE 2.0網絡將基於現有的Substrate進行開發設計，連通Polkadot等網絡。Polkadot是一個異構的多鏈架構，其自己也使用Substrate，而在底層，Polkadot使用到了IPFS協議棧的Libp2p協議。

 

IPFS（星際文件系統）做爲一種分佈式的超媒體傳輸協議，目的是構建一個去中心化結構的互聯網，這和Substrate/Polkadot的願景一致。

 

Polkadot願景是爲互操做性、安全性、可擴展性和創新提供最強大的平臺。Polkadot的目標是在2019年末以前發佈一條中繼鏈和幾條平行鏈以啓動創世塊。此後，網絡將增長到大約100條平行鏈。IPSE將會使用到平行鏈技術，進行2.0網絡的設計。爲保證IPSE平行鏈和Polkadot系統的中繼鏈的狀態一致性，利用了混合共識機制，分別是BABE和GRANDPA。

 

GRANDPA：一個值得信賴的共識算法

比特幣的工做量證實或其它協議有一個問題，即它們不提供異步安全性，這意味着足夠大的***可能致使全網混亂。Polkadot爲了實現異步安全，將區塊的生成和確認進行分開。

 

Polkadot使用其原始的GRANDPA（基於GHOST的Recursive Ancestor Deriving Prefix Agreement）共識來創建一個更安全，更有彈性的網絡。

 

在良好的網絡條件下，GRANDPA幾乎能夠瞬間完成分塊。在糟糕的網絡條件下，好比網絡分區，GRANDPA能夠在分區解析時一次性完成大量的塊(理論上是數百萬個)。

 

GRANDPA背後的關鍵是將區塊鏈的結構歸入共識算法。當考慮一個區塊是否有效時，依賴於要考慮該區塊的父塊的有效性。此區塊有效即父塊有效，依此類推。另外，參與者不對單個區塊進行投票，而是讓參與者對他們認爲有效的最高區塊進行投票，而且GRANDPA算法將利用表決的方式將投票應用到以前全部的區塊。以後GRANDPA算法將肯定投票數量大於2/3的最佳區塊，並生成最終證實(proof-of-finality)。最終證實是經過得到多數票並將它們捆綁在一塊兒成爲一條消息來構造的。

 

換句話說，只要有超過2/3的驗證人證實鏈種包含了某個特定區塊，全部和該區塊的相聯的區塊也就得到最終確認。

 

那麼擁有投票權的驗證人會做弊嗎？首先，驗證人運行的時全節點，負責驗證和增長區塊到 中繼鏈中，2/3保障只有符合全網大多數節點的利益的事物纔會被確認。其次，在網絡中還有提名人和校對人（釣魚人）角色，驗證人做弊將受到校對人的制約，並將失去提名人的信任。

 

整體上，BABE算法負責出塊，GRANDPA算法負責確認，在2/3遞歸肯定原則的進行下，區塊總體效率就得到質的提高。中繼鏈是Polkadot網絡的核心，它確保平行鏈和平行鏈之間傳遞信息。信息能夠是 交易或任何類型數據。IPSE 2.0平行鏈構建以後，在BABE+GRANDPA混合共識算法的做用下，將得到高的消息傳遞效率，並同時能共享共識安全。