「Fractal」希望用非交互的輕量協議，實現純POS底層共識_TAL

自從PoW誕生以來，針對其耗能高、性能低下等缺點，新型的共識機制主要采用PoS、PFBT或混合共識的方式。不過，這些機制也在不同程度上面臨去中心化程度低、協議交互性強的問題。Odaily星球日報最近接觸到的共識協議Fractal，則希望在保持PoW協議交互性低、結構簡單的基礎上，用純粹的PoS代替原來PoW碰撞隨機數的過程。FractalCTO范磊告訴Odaily星球日報，PoS雖然能解決耗能問題，可是原始的PoS最大的問題在于Nothing-At-StakeAttack，即礦工即使同時把stake投到多個分叉，即作惡，也沒有任何損失。“Stake可以復用，但是算力不可以。”由于哪個是最長鏈仍是不確定性，如果更“短”鏈最后勝出，那押注這條鏈的人就可能獲得更高收益。在不考慮存儲、計算和網絡等資源時，節點“貪心”也很正常。不同的項目也想出了不同的方式解決該問題，比如以太坊設計了PoW和PoS混合的共識協議同時加入懲罰機制，作惡者會損失大量stake；比如類DPoS用選出的委員會運行PoS協議，進行小范圍共識。前者的問題是依然需要消耗不少算力，這可能是以太坊從POW轉向POS的難點之一；后者要么被詬病不是純POS/不夠去中心化，要么則是混合共識對算力要求還是很高。范磊表示，Fractal的核心思想就是要做純的POS，避免跑需要多輪交互交互的重量級協議，比如拜占庭、秘密共享等，團隊希望設計出類似于經典的比特幣的協議：不需要多輪交互、只需要長度競爭。首先，Fractal的競爭條件受到強約束。其區塊分成共識塊和交易塊。共識塊的輸入只有上一個塊的哈希、簽名和時間戳，不含交易。其抽簽用的是哈希不等式，唯一的隨機源就是時間戳。這樣的好處是避免礦工利用不同的交易組合，嘗試不同的輸入或者控制隨機數輸出。將交易區塊分離出來還有利于后期設計加速節點，幫助記賬節點打包區塊，提高速度。第二，對于上述說到的PoS即便作惡也沒有任何損失，Fractal的打算是容忍分叉，“鼓勵全網節點適當貪心”。Fractal計算，在原生的PoS方案里，作惡節點若嘗試所有可能，他能讓鏈增長的速度是原來的2.7倍左右，即其收益也相應增加；而在Fractal設計，節點如果輕量級的貪心，則能獲得2.1倍的收益。“比如區塊高度已經漲到1000了，他可以在999和998個區塊那嘗試分叉。”這些小分叉上區塊也是會被承認并且根據主鏈排序，防止雙花。“這有點像一棵樹，主干上有不同的側枝。”范磊形容。網絡中主鏈的概念是相對的，新出現的分支也有可能會變成主鏈，為了避免節點嘗試過多的可能性，導致分支過多，誠實節點嘗試的區塊跳數/距離不會太遠，而且極端貪心所需要計算、存儲、和網絡都會大量增加，但攻擊成功的可能性卻不高。按Fractal計算，只要網絡中誠實的stake大于57%，惡意節點就無法趕上誠實節點所支持主鏈。目前Fractal主鏈生的出塊時間間隔為20-30秒。同時在典型的貪心系數設置下，主鏈兩個相鄰塊之間平均會生成10個有效的分叉塊，因此等效的出塊時間間隔為2-3秒。根據計算與仿真實驗，主鏈上10個區塊之前的塊被替換的概率可以忽略不計，因此交易被確認的時間間隔為200-300秒也就是4-5分鐘。智能合約虛擬機的設計上，Fractal計劃有兩層，對應不同的業務場景。共識層的需要全網共識，主要負責核心交易模塊；全功能的虛擬機會在應用層，適應高并發但低價值的業務場景。比如直播平臺的小額打賞功能可以放在上層，但是真正的結算則放到下層。Fractal在今年5月份完成了來自polychain的數百萬美元融資。網絡還在研發階段，準備年底推出內部測試網絡，一年后上線主網。項目首席科學家是美國馬里蘭大學教授JonathanKatz，任該校網絡安全中心主任，教科書《現代加密學導論》聯合作者。CTO范磊是上海交通大學網絡空間安全學院副教授。CEO馮衛鋒是上海千人計劃專家，在通信和半導體行業有超過15年從業經驗，曾供職于博通和Skyworks等半導體企業，在2012-2015年間創業。Fractal與CrypticLabs達成合作，后者由圖靈獎得主Dr.WhitfieldDiffie任CTO。-----------------------------我是Odaily星球日報編輯盧曉明，探索真實區塊鏈，爆料、交流請加lohiuming，煩請備注姓名、單位、職務和事由。參考文章：WhatistheLong-Range-AttackinProof-of-Stake?Error!Hyperlinkreferencenotvalid.UnderstandingProofofStakethroughit’sFlaws.Part3—‘LongRangeAttacks’

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