关于VBFT共识算法

VBFT 是一个结合 PoS 、 VRF （Verifiable Random Function）和 BFT 的全新共识算法，是 OCE （Ontology Consensus Engine）的核心共识算法。

VBFT 支持共识群体的规模性扩展，通过 VRF 保障了共识群体生成的随机性和公平性，同时保证快速地达到状态终局性。

本体的核心网络主要由两部分组成:

• 共识网络

  共识网络由所有共识节点组成，负责对本体网络中的事务请求进行共识，生成区块，维护一致性账本，并将共识后的区块分发到同步节点网络中 。

• 共识候选网络

  候选网络中的节点不参与共识，但保持与共识网络的同步状态，实时将最新的共识区块更新到自己维护的账本中。

  候选网络也对共识网络进行监控，监控共识网络状态，对共识区块进行验证，并协助管理本体网络。

共识网络的规模通过共识管理合约进行管理。共识网络中的每个节点都由其节点管理人锁定对应的 Stake 。

共识网络的构建

本体共识网络是由本体共识管理合约构建的，共识管理合约永久性在本体网络中运行，且定期更新共识网络中节点列表，更新共识网络中 VBFT 算法的配置参数。

在 VBFT 算法参数中，一个重要的参数为共识网络节点的 PoS 表。VBFT 运行过程中，所有节点根据当前的共识 PoS 表，随机选择每一轮参与共识的节点，由随机选择的节点完成对应轮的共识工作。

算法概述

VBFT 算法可以认为是传统 BFT 算法在可验证随机方向的一个改进。在 VBFT 算法中，首先基于 VRF 在共识网络中依次选择出一轮共识的备选区块提案节点集，区块验证节点集和区块确认节点集，然后由选出的节点集完成共识。

由于 VRF 引入的随机性，每轮区块的备选提案节点／验证节点／确认节点都不相同，而且难以预测，从而极大提高共识算法的抗攻击性。

VBFT 算法可以概述如下：

VBFT 的每轮共识中，

1. 根据 VRF 从共识网络中选择备选提案节点，各个备选节点将独立提出备选区块；

2. 根据 VRF 从共识网络中选择多个验证节点，每个验证节点将从网络中收集备选的区块，进行验证，然后对最高优先级的备选区块进行投票；

3. 根据 VRF 从共识网络中选择多个确认节点，对上述验证节点的投票结果进行统计验证，并确定出最终的共识结果。

4. 所有节点都将接收确认节点的共识结果，并在一轮共识确认后开启新的共识。

VRF

当前 VBFT 算法中的每一轮区块的 VRF 值都是由前一轮共识区块所确定的。具体算法是从上一个区块中提取易变信息，然后计算哈希生成 1024 位的哈希值，将此哈希值作为下一个区块的 VRF 值 。

节点选择

VBFT 算法以上一轮共识后的可验证随机值为索引，在 PoS 表中选择节点参与新一轮的共识，由于 PoS 表的生成兼顾了节点所属人的 PoS 信息和整个共识网络的整体治理策略，虽然 VRF 值本身可以假设为均匀分布的随机值，VBFT 的随机节点选择依然是服从本体的共识网络管理策略。

由于一个区块生成的 VRF 值是可验证的，在不发生区块分叉的情况下所有节点对于同一高度区块的 VRF 也将是一致的。

VBFT 算法中基于 VRF 在 PoS 表中选择节点是顺序进行，因此每个 VRF 值都确定了一个备选提案节点的顺序，此随机选择的节点顺序也是共识一致的。

分叉选择

本体作为一个公有链，运行在公有网络之中，必然面临着公有网络中的故障和恶意攻击。虽然 VBFT 共识算法通过随机方法选择节点参与共识，已经很大程度提高网络攻击的难度，但在发生网络隔离时依然面临着分叉的风险。

在前面介绍过每一个区块的 VRF 将可以确定一种节点排序顺序，在 VBFT 进行 fork choice 时，VBFT 将节点的排序顺序定义为节点的优先级顺序，然后基于此优先级顺序计算每个分叉的优先级权重，每个节点根据各个分叉的优先级权重选择合适的分叉。

由于每个区块都是由 VRF 确定节点的优先级顺序，对于恶意产生的分叉，很难或者说不可能持续维持自己的高优先级，因此恶意产生的分叉将很快消亡。也因此，VBFT 算法提供了快速的状态终局性 。

自动配置

为维护本体共识网络的网络质量，本体共识管理合约将定期自动更新共识网络中的节点列表。在发生网络风险时，共识管理合约也支持通过基于 Stake 的投票，强制更新共识网络中的节点列表。

一个新的节点在获得更多 Stake ，并且确认满足共识网络的节点性能需求后，将在下一次共识网络更新时被加入共识网络。

共识网络自动更新的时间是以区块为单位。每一次更新的共识网络在完成给定数目的区块共识后，下一个区块的备选提案节点必须构建一个共识管理合约执行事务，并将其作为区块中第一个事务打包到提案区块中；对应的共识验证节点和确认节点也将以此验证提案区块的有效性。

在包含共识管理合约事务的区块完成共识后，每个节点将自动执行共识管理合约，更新共识节点列表，至此完成共识节点列表的更新。

性能对比