淺談Zilliqa

Zilliqa是一個通過分片技術達到可以高速處理交易的區塊鏈。在他們釋出的一個2400個節點，4個分片的測試網路上，他們達到了每秒1389個交易量。2018年1月，Zilliqa完成ICO。一共融資了2千2百萬美金。這是我對Zilliqa技術做的一個總結，分享給大家。Zilliqa自己釋出的三篇部落格講得很詳細。我基本上就按這個來講。大家也可以去看原文。前兩篇去年十月份發的。第三篇這個星期剛發，跟第二篇談到的就有不同。可以看出，Zilliqa也在不斷摸索。

這篇主要談了Sharding

https://blog.zilliqa.com/https-blog-zilliqa-com-the-zilliqa-design-story-piece-by-piece-part1-d9cb32ea1e65 

主要知識點：

- 每個參與者都要做POW，一是防女巫攻擊，二是用POW提交結果把節點分片。提交結果由一個節點Committee驗證。

- Zilliqa會選一些節點組成Committee來決定分片。每一段時間內，Committee要踢出一個節點，然後把POW最快的一個節點加進來。

- Committee決定每個節點參與哪一個shard，會根據提交的POW的雜湊值的最後幾位和一些隨機因素來分配。

- 分片大小為最少600個，這樣可以把一個片裡存在1/3個壞節點的可能性降到百萬分之一。

- 每筆交易都會根據自己地址的前幾位分到不同的shard，（這樣也保證同一個地址的交易都由一個shard處理。）

- Sharding還支援多執行緒計算，就像分散式處理中的map/reduce.

這篇主要談了Consensus

https://blog.zilliqa.com/the-zilliqa-design-story-piece-by-piece-part-2-consensus-protocol-e38f6bf566e3

主要知識點：

- 分片中所有節點進行排序，有一個主節點（Leader），其他都是從節點（Backup）。

- 使用PBFT共識機制，一共有三步：

  1）Pre-prepare Phase: 主節點發布訊息。

  2）Prepare Phase: 從節點接受並驗證訊息，並將自己的驗證結果發給所有從節點。

  3) Commit Phase: 從節點接受到大部分其他從節點傳送的結果後，得出最終結果，然後發確認給其他從節點。最後，等到接收到大部分其他節點的確認後同意結果。

- PBFT的主節點必須是誠實節點。

- 如果主節點不誠實，或不工作，分片內就會在一段時間內沒有進展。這時候從節點可以要求更換主節點。大部分從節點要求更換主節點就可以把主節點換掉。

- PBFT優點：結果是最終的；只用POW做節點認證是節能的；lower reward variance(尚未理解)。

這篇主要提到pBFT如何被優化。

https://blog.zilliqa.com/the-zilliqa-design-story-piece-by-piece-part-3-making-consensus-efficient-7a9c569a8f0e

主要知識點：

- 使用MAC（Message Authentication Code) 主節點可以把給其他所有節點的資訊先給節點A，A接受自己的資訊，再把剩下的傳給B，這樣一直傳遞下去。就不需要主節點跟所有節點聯絡。節點間的聯絡次數從n的平方減少到n.

- 使用數字簽名，主節點只用傳遞一個資訊和多層簽名，收到的節點用自己的簽名可以看到屬於自己的不會被更改的資訊。這樣資訊數量也從n的平方減少到n。

- 每個節點有一個aggregator（也就是上一篇裡講的Leader）來決定區塊，然後發給其他所有節點（上一篇裡講的Backup），所有節點投票決定是否同意，投票結果最後由一個Verifier來審批。

- 這個投票過程分以下幾步

第一步：所有節點給aggregator發一個公鑰。aggregator用某種演算法用所有的公鑰生成一個單一的共有的公鑰。然後aggregator將共有公鑰發給verifier。

第二步：aggregator決定一個區塊，把資訊發給所有的節點。各節點對區塊進行投票。這個過程又分三步。

1. Commit Phase：每個節點給主節點發一個隨機產生但是加密過的資訊。

2. Challenge Phase：主節點整合所有收到的加密資訊，生成一個新資訊（這叫challenge），然後他把challenge，第一步生產的單一公鑰，和要傳達的主資訊（區塊）發給每個節點。challenge只能用主節點生產的單一公鑰和節點的私鑰才能開啟。只有知道challenge是什麼的節點才是真正的節點。他們的回覆才是有效的。

3. Response Phase：每個節點對區塊進行投票。投票結果發給主節點。

最後主節點把所有的回覆整合在一起，加上challenge，發給Verifier，Verifier可以用第一步生產的單一公鑰解開所有資訊。

- 使用Schnorr簽名，這樣單一簽名和多個簽名的位元組大小不變，這樣大大減小資訊量。

- aggregator會定期更換。

原始碼：https://github.com/Zilliqa/Zilliqa