三大热门公链项目Algorand、Dfinity和Thunder共识体系的技术分析

最近一段时间，Dfinity共识体系是被认为较有希望提供高性能交易的区块链公链方案之一。为了解决PoW性能低下和高能耗的问题，Dfinity也采用了PoS分组模式。与Algorand不同，Dfinity在Github提供了一个GO语言的概念验证POC实现。Dfinity用随机数把矿工分为若干个组，每组400人，组中的一个节点将按顺序被选作提案节点，其它节点为验证节点。每次由随机数决定下一出块组，组内随机轮询决定下一个出块提案节点。提案块全网广播到同组成员，进行验证，使用BLS门限签名来达成组内共识。BLS门限签名要比Algorand的可扩展的拜占庭容错算法更有效率，无需像拜占庭容错算法那样多轮的验证步骤，不但提高了TPS而且还省下了长签名数据入链造成的存储容量问题。其理论上整个铸块时限timeout是10秒，每隔2秒一个提案，且在其testnet上的TPS是2500。我们认为Dfinity在性能方面比Algorand更具优势。但是因采用了先验模式，它的安全性不如Algorand。同时其网络通讯效率不高，像比特币和Algorand一样，完全靠P2P的传播，没有针对分组模式进行设计。容量虽不像Algorand那样浪费，但最大容量仍受限于全帐节点存储空间。

1)   不具有后验性，安全性较差。虽然有多个组，但各组的成员事先固定，容易被攻击，也容易组内窜谋，影响安全性。每次出块组某轮出块期间只有一个节点被选作提案节点，形成单点故障，又容易受到攻击，而且无法保证被选提案节点是否在线。同时，组内各成员按顺序轮流作提案节点，容易被外界所知，造成安全隐患。因其没有采用加密抽签方式，不具有后验性，因此会受到DDOS攻击和女巫攻击。Dfinity也没有考虑同组的提案人和验证者联手共谋的可能，存在被人为控制的隐患。

2)   性能解决方案缺乏鲁棒性，而且系统规模受限。每次随机抽取的一个提案节点如不在线，需要等待到下一轮，影响出块速度。提案块需要广播到全网，到达同组的其它成员，它们构成了验证组（400个节点），验证节点需要等待提案块的到达，浪费时间而影响性能。验证组内需要多轮通讯才能达成共识，而400个成员的组内通信也是依靠P2P的八卦协议，通讯量巨大，效率低下，影响出块速度和系统性能。假设有10个组，每组400个节点，则系统有4000个节点，按TradeBlock上图所示，1M的块需要约18秒传播到3000个节点，远超其铸块timeout时间，系统无法正常工作，影响系统的稳定性、性能和规模。

3)   网络通讯效率低下。Dfinity组内的通讯量是O（n^2），400人的组内通讯量大。不论提案块还是验证组内共识，亦或是共识块的上链，都依靠P2P的广播，增加网络传输负担，影响系统效率。

4)   存储容量受限于单节点的存储能力。与比特币、以太坊和Algorand一样，其系统容量，受限于单节点的存储空间，没有涉及分布式存储技术的应用和优化。

5)   依赖新的密码学基（cryptography primitive）。依赖新的密码学基（椭圆曲线pairing）和密钥生成协议，其安全性和效率都有待时间的考验。

和Algorand对比，Dfinity在性能方面因其分组共识和BLS组签名有所提高，但其安全性有所下降。其400人分组规模的通讯效率也存在一定问题，我们认为其技术架构和宣称的去中心化云服务仍有较大的差距。