TEN:走进Cosmos之Tendermint

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导读

Cosmos是由Tendermint团队构建的开源社区项目，它的共识算法是基于POS和BFT的共识协议。

Cosmos通过SDK的形式将共识算法和网络模块封装起来，形成一套开箱即用的区块链开发脚手架，本期将为大家带来Cosmos系列文章中Tendermint共识算法的介绍。

Tendermint核心模块

首先我们回顾下，Cosmos中的TendermintCore核心模块主要包含共识算法和网络模块，由于网络模块采用的是我们熟悉的gossip协议，这里就不再赘述。我们编写的应用层的模块通过ABCI与Tendermint核心模块进行交互，在交互的过程中，由Tendermint完成选举Proposer，BFT三阶段共识以及区块执行的逻辑。

1）ABCIApplication

其中ABCI接口可以分为三类：信息查询、交易校验以及共识相关处理，而TendermintCore作为ABCIClient在启动时会与ABCIServer建立三个连接，分别用于这三类接口消息的处理。

万事达卡和Billboard合作发布五首全新单曲作为NFT:金色财经报道，美国东部时间7月27日星期四下午3点，万事达卡(Mastercard)和Billboard合作发布五首全新单曲作为NFT。艺术家包括Cocoa Sarai、LerIQ、Manu Manzo、Emily Vu和Young Athena，将使用AI Music Studio（由生成型AI音乐公司Warp Sound开发的产品）演奏注入人工智能的曲目。此次万事达卡音乐通行证共发行100,000枚限量版 NFT。[2023/7/28 16:04:16]

在TendermintCore与Application交互的所有消息类型中，有3种主要的消息类型：

·CheckTx消息用于验证交易。TendermintCore中的mempool通过此消息校验交易的合法性，通过之后才会将交易广播给其它节点。

·DeliverTx消息是应用的主要工作流程，通过此消息真正执行交易，包括验证交易、更新应用程序的状态。

·Commit消息通知应用程序计算当前的世界状态，并存在下一区块头中。

?Tendermint共识引擎，包含区块链需要大部分功能实现，主要有：

·?共识算法：BFT+POS算法；

孙宇晨：波场TRON主网启动5年来成就斐然，肩负全新使命再出发:据官方消息，6月25日，波场TRON创始人、火必Huobi全球顾问委员会成员孙宇晨发布推文庆祝波场TRON 5周年独立日，孙宇晨表示，作为波场TRON的创始人，在这个特殊的日子里，他由衷感谢大家的一路相伴和支持。“让我们一同共创未来，我们的故事才刚刚开始。”孙宇晨说。

孙宇晨在推文附带的庆祝视频中表示，“过去5年，我们一直致力于推动互联网去中心化。如今我们又有了建设元宇宙金融自由港的全新使命。在此过程中，我们不断加快国际化与合规化的脚步，积极推动生态繁荣发展，布局行业各类赛道，并在教育、环保、人工智能等领域长期落实工作。我们构建了一套成熟的由公链、交易所和稳定币组成的基础设施，充分服务于社区每一个用户。我们可以自豪的说，我们一直热爱并忠于这份事业。”

此外，孙宇晨直言，用户的信任是波场TRON最核心的竞争力。他希望在未来携手全球80亿人，共同实现金融自由。[2023/6/25 21:59:16]

·P2P：采用Gossip算法；

·RPC：区块链对外提供的API接口；

·?其它：交易缓存池、消息队列等。

2）POS权益证明协议

接下来介绍Tendermint的POS算法，通过该POS算法可以在验证人集合中选取出下一轮出块的提议人。

美国众议院少数党领袖麦卡锡：拜登政府有处理硅谷银行问题的工具:金色财经报道，美国众议院少数党领袖麦卡锡：拜登政府有处理硅谷银行问题的工具。希望今天能够听到关于硅谷银行的公告，该行对任何潜在买家都有吸引力。[2023/3/13 12:59:15]

上图中，假设有A、B、C三个验证人，分别抵押了1、2、3个代币

1.第一轮由于C的抵押资产最多，所以C当选第一轮的提议人；

2.第二轮由于C在上一轮当选过提议人，所以他的vote_power变为pre_votingPower-(stake_a+stake_b)?也就是3-(1+2)==0，而B的vote_power等于pre_votingPower+stake也就是2+2==4，同理A的vote_power等于2，那么这一轮中投票权最大的是B，所以B当选提议人；

3.第三轮A的vote_power为3，B的vote_power为2-(2+0)==0，C的vote_power为?0+3==3，由于A排名在C的前面，所以A当选提议人；

Coinbase副总裁：提升加密货币信心需要“监管护栏”:金色财经报道，Coinbase负责国际政策的副总裁Tom Duff Gordon在采访中表示，英国需要加强对加密货币的监管，以使公众有信心在 FTX 崩盘后重返加密行业。Gordon称，当然，如果以英国为例，恢复信心的一种方法是引入并加速一些基本的监管护栏，虽然监管机构可能并不总是像政府希望的那样迅速行动，但Coinbase一直在通过议会小组就加密货币和其他事件与英国议员进行接触。[2022/12/7 21:26:49]

4.同理第四轮A的vote_power为-1，B的为2，C的为6，所以C当选提议人；

Tendermint的Pos机制有如下优点和缺点：

优点：Proposer的选择方式是与stake相关的，所以应用层可以实现自己的共识,在应用层将计算好Validator的权重传递给Tendermint，Tendermint就会按照应用层需要的方式选择Proposer。

缺点：Round-Robin策略太简单了，容易被坏人预测到下一个Proposer是谁，于是可以提前布局对rProposer发起DDoS攻击或别的攻击。这里Tendermint的解决方法就是验证人节点对外不暴露节点的IP地址。

NFT音乐平台MUSIC-INFINITY宣布推出不删档公开测试:6月13日消息，NFT音乐平台MUSIC-INFINITY宣布推出不删档公开测试版。玩家开启音乐世界中CreatetoEarn、ListentoEarn进程。测试期间玩家持有AKONMusicNFT上传音乐至音乐广场，并被其它玩家收听时，会获得MIT奖励。玩家持有MusicBox每日收听音乐广场的音乐，也会获得MIT奖励。

据了解，MusicInfinity是Element.Black旗下的NFT音乐平台，致力于打造出一个自由、繁荣、开放的Web3NFT泛娱乐版权音乐共用生态。通过MusicBox、音乐NFT系统、MusicPlaza三大功能将音乐生态与区块链游戏结合。旨在实现音乐版权价值最大化，创新粉丝经济模型。[2022/6/13 4:23:42]

3）BFT拜占庭容错协议

Tendermint是一个易于理解的BFT共识协议，协议遵循一个简单的状态机原理：

协议中有两个角色：

验证人：协议中的角色或者节点，不同的验证者在投票过程中具备不同的权力。

提议人：由验证人产生。?验证人对交易的区块提议并对提议的区块投票。区块被提交到链上，且每个区块就是一个区块高度。但区块也有可能提交失败，这种情况下协议将选择下一个验证人在相同高度上提议一个新块，重新开始投票。

从图中可以看到，在propose开始阶段，被选中的proposer会给全网络广播一个proposal。如果proposer锁定在上一轮中的block上，那么proposer在本轮中发起的proposal会是锁定的block，并且在proposal中加上proof-of-lock字段。

在Prevote开始阶段，每个Validator会判断自己是否锁定在上一轮的proposal区块上，如果锁定在之前的proposal区块中，那么在本轮中继续为之前锁定的proposal区块签名并广播prevote投票。否则为当前轮中接收到的proposal区块签名并广播prevote投票。如果由于某些原因当前Validator并没有收到任何proposal区块，那么签名并广播一个空的prevote投票。

在Precommit开始阶段，每个Validator会判断，如果收集到了超过2/3prevote投票，那么为这个区块签名并广播precommit投票，并且当前Validator会锁定在这个区块上，同时释放之前锁定的区块，一个Validator一次只能锁定在一个区块上。

如果一个Validator收集到超过2/3空区块（nil)的prevote投票，那么释放之前锁定的区块。处于锁定状态的Validator会为锁定的区块收集prevote投票，并把这些投票打成包放入proof-of-lock中，proof-of-lock会在之后的propose阶段用到。如果一个Validator没有收集到超过2/3的prevote投票，那么它不会锁定在任何区块上。

在precommit阶段后期，如果Validator收集到超过2/3的precommit投票，那么Validator进入到commit阶段。否则进入下一轮的propose阶段。

commit阶段分为两个并行的步骤：

·Validator收到了被全网commit的区块，Validator会为这个区块广播一个commit投票。

·Validator需要为被全网络precommit的区块，收集到超过2/3commit投票。

一旦两个条件全部满足了，节点会将commitTime设置到当前时间上，并且会进入NewHeight阶段。在整个共识过程的任何阶段，一旦节点收到超过2/3commit投票，那么它会立刻进入到commit阶段。

上诉过程简单来说，为了成功提交一个区块，必须经过两阶段的投票，称为pre-vote和pre-commit。当超过2/3的验证人在同一轮提议中对同一个块进行了pre-commit投票，那么这个区块才会被提交。

由于离线或者网络延迟等原因，可能造成提议人提议区块失败。这种情况在Tendermint中也是允许的，因为验证人会在进入下一轮提议之前等待一定时间，用于接收提议人提议的区块。

假设少于三分之一的验证人是拜占庭节点，Tendermint能够保证验证人永远不会在同一高度重复提交区块而造成冲突。为了做到这一点，Tendermint引入了锁定机制，一旦验证人预投票了一个区块，那么该验证人就会被锁定在这个区块。然后该验证人必须在预提交的区块进行预投票。当前一轮预提议和预投票没成功提交区块时，该验证人就会被解锁，然后进行对新块的下一轮预提交。

4）BFT?VSPBFT

通过上文我们可以看到，Tendermint共识算法和PBFT时非常相似的，可以说是PBFT的变种，那我们来比较一下：

相同点：

·?同属BFT体系，抗1/3拜占庭节点攻击。

·?三阶段提交，第一阶段广播交易，后两阶段广播签名。

·?两者都需要达到Quorum法定人数才能提交块。

不同点：

·Tendermint与PBFT的区别主要是在超过1/3节点为拜占庭节点的情况下，当拜占庭节点数量在验证者数量的1/3和2/3之间时，PBFT算法无法提供保证，使得攻击者可以将任意结果返回给客户端。而Tendermint共识模型认为必须超过2/3数量的precommit确认才能提交块。

·?拜占庭节点概念不同，PBFT指的是节点数，而Tendermint代表的是节点的投票权力。

·PBFT需要预设一组固定的验证人，而Tendermint是通过要求超过Quorum法定人数的验证人员批准会员变更，从而支持验证人的动态变化。

总结

总体来说，Cosmos中Tendermint核心模块中POS和BFT共识算法的实现较为简单，不像Polkadot的混合共识那么复杂，但是也是这个原因，可以成为区块链快速开发的脚手架，帮助越来越多的人了解区块链，热爱上区块链。