政务链ico平台｜哥伦布CAT共识算法分享课

当前存在的问题： 随着比特币知名度的提高，越来越多的交易涌向比特币系统，其性能问题凸显出来：交易确认时间久，吞吐量低。比特币每10分钟出一个区块，区块最大为1MB，换算下来每秒钟处理的交易数是7笔，与当前许多金融系统相比太少。吞吐量过低限制了区块链的应用场景。为改善这个问题，不少公链项目致力于提高性能，例如增加区块大小或提高出块频率。

限制区块链性能提高的原因主要是共识过程。在一个完全去中心化的环境中，要得到多数节点的认可，往往需要多次交互，而每次交互伴随着网络延迟，这两者的影响使得区块链系统的吞吐量难以提高。为解决这个问题，人们开发出了新的共识算法，下面介绍一种新的共识算法。

异步共识算法： 在同步共识协议中，每出一个块，所有节点之间要进行同步，共识通过后再继续出下一个块。另一种做法是出块后无须立即达成共识，每个节点根据一定规则尽力出块。如果规则制定得足够巧妙，各自为战的节点在一段时间后仍能达成一致。

现有的异步共识算法有：Graph算法、ITOA、HashGraph等。下面介绍一下HashGraph算法。

HashGraph算法： HashGraph是一种数据结构和共识算法，旨在解决异步拜占庭容错问题。根据FLP定理，在可靠且存在节点失效的异步分布式系统中，不存在一个可以解决一致性问题的确定性算法，因此HashGraph并非完美的异步拜占庭容错算法。HashGraph在特定条件下对确定性做了些许放宽，即共识算法可能无法终止（即无法给出交易排序结果），但这种情况发生的概率极低，随着更多信息的汇入，这种概率无限趋近于0。HashGraph主要通过互相投票（Gossip about Gossip）和虚拟投票（Virtual Voting）来实现共识过程。

HashGraph的特点： 1）公平：账本具有一致的时间戳，可以对每笔交易进行定序。 2）安全：使用异步拜占庭容错（ABFT）系统，有相当的安全理论证明，验证简单。 3）速度快：可达到250000TPS的吞吐量。

HashGraph目前存在的问题主要包括：1）在大规模公链环境下，gossip算法可能会遇到问题；2）每个共识节点需要保存全网数据，数据压缩问题不易解决。

Graph和HashGraph算法都是成熟的算法，在哥伦布凯撒公链V3.0研发中，采用了一些核心思想，希望在后期上线的"哥伦布凯撒公链V3.0"中，TPS能有质的飞跃。