创新区块链协议: 融合DAG共识与无共识方法实现高吞吐低延迟

正文

区块链技术自比特币诞生以来已取得长足进步。随着游戏和NFT等新应用场景的出现，业界正不断探索提高技术效率的方法，尤其是在处理高负载和实现实时延迟方面。L1区块链面临两大挑战:一是需要在保持低延迟的同时实现高吞吐量，二是确保共识协议长期稳定。在解决这些挑战时，应通过验证节点的动态参与和重新配置来维持去中心化。

提高吞吐量的一种方法是使用基于DAG的共识协议。这类协议使区块链能同时处理大量交易，非常适合游戏和NFT等应用。然而，基于DAG的协议通常会导致几秒钟的延迟，对普通转账或游戏操作来说时间成本较高。

另一方面，无共识协议在降低延迟和提升扩展性方面展现出巨大潜力。这类协议无需共识，允许快速处理交易，无需对并行处理的独立交易进行全局排序。但它们仅适用于有限的简单区块链操作，限制了可执行的智能合约类型，且动态调整验证者集合可能具有挑战性。

尽管这些方法潜力巨大，但目前尚未应用于生产级区块链，仅在学术会议上发表，未被区块链社区广泛采用。某区块链网络的支持协议结合了基于DAG的共识和无共识方法，实现了两全其美:亚秒级延迟和每秒数千笔交易的持续吞吐量。该协议不仅完成了这两项任务，还保持了在共享对象上执行复杂合约、生成检查点以及跨周期重新配置验证者集合的能力。

融合共识和非共识方法

这一创新协议采取了独特的方法，将上述两种方案结合。为确保单一所有者资产（拥有的对象）操作的安全性，系统在验证者间采用一致的广播协议，实现低于共识的延迟。该协议仅依靠共识处理共享对象上的复杂智能合约，即任何用户都可修改的对象。此外，它还支持网络维护操作，如定义检查点和重新配置验证器。在复制的拜占庭环境中处理交易时，这种新颖策略提供了兼顾效率与安全的解决方案。

该协议的交易生命周期如下:拥有私钥的用户创建并签署交易，以改变他们拥有的对象，或涉及自有对象和共享对象的混合操作。交易被发送至每个验证节点（通常通过全节点），验证节点执行一系列有效性和安全性检查，对其签名，并将已签名的交易返回客户端。客户端收集大多数验证节点的响应形成交易证书，此时交易可视为不可逆（达到最终性）。

证书组装完成后发送回所有验证节点，验证节点检查其有效性并向客户确认收到。如涉及独占对象，交易证书可立即处理执行，无需等待共识引擎（直接快速路径）。所有证书都转发到基于DAG的共识协议。共识最终输出证书的总顺序；验证节点检查并执行包含共享对象的交易，客户可收集大多数验证节点的响应，组装成效果证书，作为交易结算的证明。随后，为每个共识提交形成检查点，用于驱动重新配置协议。

除主要交易流程外，该协议还提供多项设施支持生产级区块链:

1. 在达到最终确定性后实施检查点协议，生成系统中所有交易的因果历史。用于完整审计，并以高效方式保持完整节点和滞后验证节点同步。

2. 支持在每个时期结束时重新配置，此时验证者集及其投票权可能变化。为确保所有最终交易包含在一个纪元中，每个纪元都需要谨慎关闭并确认最终安全性。

3. 在先前的无共识协议中，当存在漏洞的客户端双花资产时，资产将被永久锁定。该协议在周期结束时安全"解锁"错误锁定的资产，将bug造成的损害降至最低。

这一创新协议为管理大量用户价值的区块链提供支持。完整技术报告详细介绍了安全和活性协议的运行方式，以及它们在标准分布式系统模型中与部分同步拜占庭参与者的安全性证明。